Kuitua kvanttiviestinnälle

ICFO:n, Corning Incorporatedin, Micro Photon Devicesin ja Politecnico di Milanon tutkijat ovat osoittaneet onnistuneesti kaksifotonisen valon kvanttitilojen siirron faasierotellun Anderson-lokalisaatio -toimisen optisen kuidun läpi.

50-luvun lopulla fyysikko Philip W. Anderson osoitti teoreettisesti, missä olosuhteissa epäjärjestyneessä järjestelmässä oleva elektroni voi joko liikkua vapaasti järjestelmän läpi kokonaisuutena tai olla sidottu tiettyyn paikkaan "lokalisoituneena elektronina". Tämä epäjärjestynyt järjestelmä voi olla esimerkiksi epäpuhtauksia sisältävä puolijohde.

Myöhemmin samaa teoreettista lähestymistapaa sovellettiin erilaisiin epäjärjestyneisiin järjestelmiin ja pääteltiin, että myös valo voisi kokea Andersonin lokalisoinnin.

Sittemmin tehdyt kokeet ovat osoittaneet Andersonin lokalisoinnin optisissa kuiduissa. Nämä kokeet osoittivat ilmiön klassisella valolla mutta nyt ICFO-tutkijat kumppaneineen osoittivat sen kvanttivalolla - valolla, joka koostuu kvanttikorreloivista tiloista.

Toisin kuin perinteiset yksimuotoiset optiset kuidut, joissa data siirretään yhden ytimen kautta, faasierotettu kuitu (PSF) tai faasierotettu Andersonin lokalisointikuitu on valmistettu useista lasisäikeistä, jotka on upotettu lasimatriisiin, jossa on kaksi erilaista taitekerrointa.

Valmistuksessa sulasta borosilikaattilasia vedetään kuiduksi, jossa toinen kahdesta eri taitekertoimen faasista pyrkii muodostamaan pitkänomaisia lasisäikeitä. Koska materiaalissa on kaksi taitekerrointa, tämä aiheuttaa niin sanotun lateraalihäiriön, joka johtaa valon poikittaiseen (2D) Anderson lokalisoitumiseen materiaalissa.

Optisten kuitujen valmistuksen asiantuntija Corning-yhtiö loi optisen kuidun, joka voi levittää useita optisia säteitä yhdessä optisessa kuidussa hyödyntämällä Andersonin lokalisointia. Toisin kuin moniytimiset kuitukimput, tämä PSF osoittautui erittäin sopivaksi tällaisiin kokeisiin, koska monet rinnakkaiset optiset säteet voivat edetä kuidun läpi minimaalisella etäisyydellä niiden välillä.

Tämän tutkimuksen tulokset ovat osoittaneet tämän lähestymistavan olevan potentiaalisesti houkutteleva tekniikan skaalautuvalle valmistusprosessille sekä reaalimaailman kvanttikuvaukseen tai kvanttiviestintään, erityisesti korkearesoluutioisen endoskopian, lomittumisjakauman ja kvanttiavainjakelun aloilla.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttitiedonsiirtoa nykyisissä kuituverkoissa

Lomittumista 50 kilometrissä valokuitua