Materiaalia nopealle kvantti-internetille

Moskovan fysiikan ja teknologian tutkimuslaitoksen (MIPT) tutkijat ovat "löytäneet uudelleen" materiaalin, joka voi luoda perustan erittäin nopeille kvanttiyhteyksille.

Heidän uusi tutkimuspaperi osoittaa, miten lisätä tiedonsiirtonopeutta ehdoitta turvallisen kvanttitietoliikenteen yhteyksillä yli yhteen gigabittiin sekunnissa.

Kvanttitietokoneen suurin odotus on, että se voi rikkoa klassisten tiedonsiirtoverkkojen turvallisuuden. Mutta kvanttiteknologia tarjoaa myös tavan neutralisoida tämä uhka.

Kvanttitiedonsiirron toimintaperiaate perustuu siihen, että tuntematonta kvanttitilaa ei voi kopioida muuttamatta alkuperäistä viestiä. Eli kvanttiviestinnän linjaa ei voida ”kuunnella” ilman, että lähettäjä ja vastaanottaja huomaavat sen. Edes kvanttikoneesta ei olisi mitään hyötyä salakuuntelijoille.

Fotonit ovat kvanttibittien parhaita kantajia mutta niitä voidaan käyttää vain yksittäin, muuten salakuuntelija voi siepata joitakin lähetetyistä fotoneista ja saada näin jotain irti viestistä.

Yksittäisen fotonin generoinnin periaate on melko yksinkertainen mutta toteutus onkin osoittanut hankalammaksi. 

MIPT:n tutkijat näkevät ratkaisun piikarbidissa, puolijohdemateriaalissa, joka on pitkään unohtanut optoelektroniikassa. Elektroluminenssin ilmiö, jossa sähkövirta saa materiaalin emittoimaan valoa, havaittiin itse asiassa ensimmäistä kertaa piikarbidissa.

Tutkijaryhmä paneutui piikarbidin värikeskusten elektroluminesenssin fysiikkaan. Värikeskus on piikarbidin hilarakenteen pistevirhe, joka voi emittoida tai absorboida fotonin aallonpituudella, jolle materiaali on läpinäkyvä virheiden puuttuessa. Tämä prosessi on sähköllä ajettavan yhden fotonilähteen ytimessä.

Teorian avulla, tutkijat ovat osoittaneet, kuinka piikarbidipohjaista yksittäisiä fotoneja emittoivaa diodia voidaan parantaa lähettämään jopa useita miljardeja fotoneja sekunnissa. Näin voidaan ajaa kvanttitekniikan protokollia tiedonsiirtonopeuksilla gigabittejä sekunnissa.

Tutkijat arvelevat, että olisi löydettävissä kirkkaammankin tuloksen tuottava materiaali mutta se edellyttäisi uusia valmistustekniikoita. Piikarbidipohjaiset yhden fotonin lähteet ovat yhteensopivia CMOS-tekniikan kanssa.