Neljä ulottuvuutta kvanttiviestintään

Penn Engineeringissä tutkijat ovat luoneet sirun, joka ylittää olemassa olevan kvanttiviestintälaitteiston turvallisuuden ja kestävyyden. Heidän teknologiansa kommunikoi "kuditeissa", mikä kaksinkertaistaa minkä tahansa aikaisemman sirulla olevan laserin kvantti-informaation tilan.

Ryhmä työskenteli yhteistyössä Milanon ammattikorkeakoulun, espanjalaisen IFISC-instituutin, Duke Universityn ja New Yorkin kaupungin yliopiston (CUNY) tutkijoiden kanssa.

Kubiteilla toteutettavalla kvanttiviestinnässä pulssilla voi olla mikä tahansa superpositiotila välillä 1 ja 0. Superpositio tekee kvanttipulssista kopioimattoman. Toisin kuin monimutkaiseen matematiikkaan perustuva algoritminen salaus kvanttisalaus on fysiikkaan perustuva järjestelmä, joka pitää informaation turvassa.

Mutta edes kubitit eivät ole täydellisiä. Vain kahdella superpositiotasolla kubiteilla on rajallinen tallennustila ja alhainen häiriötoleranssi.

Professorin Liang Fengin labran kehittämän laitteen nelitasoiset quditit mahdollistavat merkittäviä edistysaskeleita kvanttisalauksessa, mikä nostaa informaationvaihdon suurimman salausavaimen nopeuden 1 bitistä pulssia kohti 2 bittiin pulssia kohti. Laite tarjoaa neljä superpositiotasoa ja avaa oven ulottuvuuden kasvattamiselle jatkossakin.

"Suurin haaste", Zhang sanoo, "oli vakioasetuksen monimutkaisuus ja skaalautumattomuus. Tiesimme jo, kuinka nämä nelitasoiset järjestelmät luodaan, mutta se vaati laboratorion ja monia erilaisia optisia työkaluja kaikkien ulottuvuuden kasvuun liittyvien parametrien ohjaamiseen.

Tavoitteenamme oli saavuttaa tämä yhdellä sirulla. Ja juuri niin me teimme

Työn perusta hyperdimensionaalinen spin-orbit-mikrolaser perustuu ryhmän aikaisempaan työhön vortex-mikrolaserien kanssa, jotka säätävät herkästi fotonien kiertoradan kulmamomenttia (OAM). Uusin laite päivittää edellisen laserin ominaisuuksia lisäämällä toisen tason fotonisen spinin komentoon.

Tämä ylimääräinen hallinnan taso – kyky manipuloida ja yhdistää OAM:ia ja spiniä – on läpimurto, jonka ansiosta he pystyivät saavuttamaan nelitasoisen järjestelmän.

Vaikeus hallita kaikkia näitä parametreja kerralla on se, mikä on estänyt qudit-tuotantoa integroidussa fotoniikassa ja edustaa ryhmän työn suurinta kokeellista saavutusta.

Aiheesta aiemmin:

Pyörrevalolla vauhtia tiedonsiirtoon