Yksittäisiä fotoneja yksi kerrallaan

Tietoliikenteen salaus kvanttitekniikan avulla perustuu yksittäisten fotonien polarisointiin ja siihen, että polarisaation kopiointi tuhoaa kyseisen tilan jolloin vastaanottaja huomaa heti jos linjaa salakuunnellaan.

Nykyisissä kaupallisissa järjestelmissä yksittäisiä fotoneja tuotetaan heikennetyllä laserilla, jonka satunnaisuus tuottaa useampia fotoneja kerrallaan ja antaa näin salakuuntelijoille mahdollisuuden.

Nyt Würzburgin Münchenin ja Stuttgartin yliopistojen fyysikot ovat onnistuneet puolijohteisia nanorakenteita käyttäen tuottamaan yksittäisiä fotoneja sähköpulssilla ohjattuna ja siirtämään niitä kvanttikanavan kautta.

Uusi fotonilähde rakentuu puolijohteista valmistetuista nanorakenteista, jotka on integroitu mikroresonaattoriin. Tällainen rakenne emittoi vain yhden fotonin kerrallaan.

Ratkaisullaan fyysikot onnistuivat myös toteuttamaan yksifotonisen kvanttiviestinnän ilmassa Münchenin kattojen yllä noin 500 metrin matkalle. Tämä ei vielä riitä joten he ja monet muut tutkijaryhmät jatkavat tutkimuksiaan kehittääkseen kvanttitoistimien rakennelohkoja.

MIT ja Harvardin tutkijat ovat puolestaan onnistuneet tuottamaan yksittäisien fotonien virran järjestelmällä, jonka avulla on jo aiemmin onnistuttu hidastamaan valon kulkua.

Tämä saadaan aikaan johtamalla lasersäde tiheän ultrakylmän atomipilven läpi. Tämä pilvi on yleensä valoa läpäisemätöntä, mutta toisella lasersäteellä pilvi saadaan tilaan, jossa fotonit kulkevat hitaammin ja nyt on onnistuttu järjestämään niin, että pilvestä tulee ulos vain yksi fotoni kerrallaan.

Tämän tutkijaryhmän mukaan järjestelmä voisi johtaa yhden fotonin kytkimeen kehittämiseen ja sitä voisi käyttää myös kvanttitoimisia logiikkaporttien luomiseen mikä olisi olennainen osa täysin optista kvanttilaskentajärjestelmää.