Eriväristen fotonien lomittaminen

Kuiskausten gallerian tyyppisen resonaattorin geometrialla NIST:n tutkijat tuottivat pareittain lomittuneita fotoneja, joilla on kaksi hyvin erilaista väriä tai aallonpituutta. Kvanttiviestinnän näkökulmasta tällaiset parit mahdollistavat kvanttitietotekniikan paikallisen ja pitkän matkan tiedonsiirron takana olevan muistitekniikan yhdistämisen.

Kvantti-informaatiota tallentavat ja prosessoivat optiset komponentit vaativat tyypillisesti näkyvän valon fotoneja toimiakseen. Kuitenkin vain lähi-infrapuna-fotonit, joiden aallonpituudet ovat noin kymmenen kertaa pidempiä, voivat kuljettaa kyseisiä informaatiota kilometrien pituisissa optisissa kuiduissa.

National Institute of Standards and Technologyn (NIST) tutkijat ovat kehittäneet tavan ratkaista tämä ristiriita. Tutkijaryhmä loi kvanttikorreloituja pareja, jotka koostuivat yhdestä näkyvästä ja yhdestä lähi-infrapunan fotonista.

Tällaiset fotoniparit yhdistävät molempien maailmojen parhaat puolet: Näkyvät valon kumppanit voivat olla vuorovaikutuksessa loukkuun joutuneiden atomien, ionien tai muiden järjestelmien kanssa, jotka toimivat tietokonemuistin kvanttiversioina, kun taas kunkin parin infrapunafotonit voivat kulkea pitkiä matkoja pitkin optista kuitua.

Näin saavutus mahdollistaa parantaa valopohjaisten piirien kykyä siirtää turvallisesti informaatiota kaukaisiin paikkoihin.

Tutkijoiden suunnittelumenetelmiä voidaan helposti soveltaa monien muidenkin näkyvien valo/lähi-infrapunaparien luomiseen, jotka voidaan räätälöidä vastaamaan erityisiä kiinnostavia järjestelmiä. Lisäksi pienet optiset komponentit, jotka luovat lomittumisen ovat nykytekniikoin valmistettavissa.

Useimmissa tapauksissa lomittuneilla kahdella fotonilla on samanlaiset aallonpituudet tai värit. Mutta NIST-tutkijat pyrkivät tarkoituksellisesti luomaan fotoniparin erivärisistä fotoneista.

Lomittuneiden parien luomiseksi tiimi rakensi erityisen optisen ”kuiskausten gallerian”, joka on nanokokoinen piiitridinen resonaattori, joka ohjaa valoa pienessä rengasrakenteessa.

Tulevaisuudessa yhdistämällä kaksi lomittunutta paria kahdella kvanttimuistilla, fotonipareihin liittyvä lomittuminen voidaan siirtää kvanttimuistiin. Tämä tekniikka, joka tunnetaan nimellä lomittumisvaihto, mahdollistaa muistien lomittumisen toisiinsa paljon pidemmillä etäisyyksillä kuin normaalisti olisi mahdollista.

”Meidän panoksemme oli selvittää, miten tehdä kvanttivalonlähde, jolla on oikeat ominaisuudet, jotka mahdollistavat tällaisen pitkän matkan lomittumisen”, toteaa NIST:n tutkija Kartik Srinivasan tutkimuslaitoksensa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttitilan siirto ja kvantti-internetti