Oamenii de știință au creat o sursă de lumină „excepțional de strălucitoare” care poate genera fotoni încurcați cuantici (particule de lumină) care ar putea fi utilizați pentru a transmite în siguranță date într-o viitoare rețea de comunicații cuantice de mare viteză.
Un viitor internet cuantic ar putea transmite informații folosind perechi de încurcat fotonii — adică particulele împărtășesc informații în timp și spațiu, indiferent de distanță. Bazat pe legile ciudate ale mecanica cuanticăinformațiile codificate în acești fotoni încâlciți pot fi transferate la viteze mari, în timp ce „coerența lor cuantică” – o stare în care particulele sunt încurcate – asigură că datele nu pot fi interceptate.
Dar una dintre provocările cheie în construirea unui internet cuantic a fost că puterea acestor fotoni poate dispărea cu cât se deplasează mai departe; sursele de lumină nu au fost suficient de strălucitoare. Pentru a construi un internet cuantic de succes care poate trimite date pe distanțe mari, fotonii trebuie să fie suficient de puternici pentru a preveni „decoerența” – acolo unde se pierde încurcarea și informațiile pe care le conțin dispar.
Într-o cercetare publicată pe 24 iulie în jurnal eLightoameni de știință din Europa, Asia și America de Sud au creat un nou tip de sursă de semnal cuantic folosind tehnologiile existente care realizează o luminozitate extrem de ridicată.
Ei au realizat acest lucru combinând un emițător de puncte de fotoni (un generator de fotoni unici sau o particulă de lumină) cu un rezonator cuantic (un dispozitiv pentru a întări semnătura cuantică) pentru a crea noul semnal cuantic puternic.
Ceea ce face cercetările recente deosebit de interesante este că tehnologiile individuale au fost dovedite în mod independent în laboratoare, dar au fost testate doar separat. Acest studiu este pentru prima dată când acestea au fost utilizate împreună.
Cercetătorii au combinat emițătorul de puncte fotonice cu un rezonator Bragg circular (un reflector folosit pentru a ghida undele electromagnetice) pe un actuator piezoelectric (un dispozitiv care generează electricitate atunci când se aplică căldură sau stres). Împreună au creat o formă îmbunătățită de emițător de fotoni, care poate regla fotonii emiși pentru o încurcare polarizată maximă. Acest lucru a fost controlat prin utilizarea actuatorului piezoelectric.
Perechile de fotoni generate de dispozitiv au avut o fidelitate ridicată a încordării și o eficiență de extracție – ceea ce înseamnă că fiecare foton este suficient de luminos pentru a fi util și își păstrează bine „semnătura cuantică” (o proprietate cuantică utilă). Anterior a fost greu să se obțină atât un nivel util de luminozitate, cât și o fidelitate ridicată a întanglementului în același timp, deoarece fiecare aspect necesita o tehnologie diferită și acestea erau greu de combinat într-o manieră scalabilă.
Acesta este un pas semnificativ înainte în dezvoltarea tehnologiilor cuantice practice, care demonstrează modul în care acestea pot fi combinate împreună pentru a crea o sursă de lumină mai puternică și mai viabilă.
Din păcate, nu ar trebui să ne așteptăm la un internet cuantic prea curând, deoarece diferitele tehnologii rămân în faza experimentală și de dezvoltare. Realizarea emițătorului de fotoni folosit în studiu a necesitat și materii prime toxice, inclusiv arsen, care a necesitat o manipulare de specialitate. Există, de asemenea, preocupări de siguranță în ceea ce privește utilizarea arseniurei de galiu, din care a fost fabricat emițătorul de puncte de fotoni. Fisher Scientificfurnizor de echipamente de laborator și produse chimice pentru cercetarea științifică, liste arseniura de galiu este periculoasă din mai multe motive, inclusiv proprietățile sale cancerigene.
Preocupările de siguranță legate de utilizarea acestor materiale ar putea limita scalabilitatea metodologiei prezentate. Prin urmare, ar putea fi necesar să se identifice materiale alternative viabile în generarea de fotoni strălucitori, încurși pentru viitoarea rețea de comunicații cuantice
Următoarea etapă a procesului de dezvoltare va fi integrarea unei structuri asemănătoare unei diode pe actuatorul piezoelectric. Acest lucru ar permite generarea unui câmp electric peste punctele cuantice, pentru a contracara decoerența și, prin urmare, pentru a crește gradul de încurcare.
Deși sunt mulți pași suplimentari de făcut în dezvoltarea unui internet cuantic, combinarea cu succes a unui emițător de fotoni și a unui rezonator pentru a obține fotoni cu luminozitate ridicată și încurcare este totuși un pas semnificativ înainte, au spus oamenii de știință.