Kohti puolijohteisia kvanttitietoverkkoja

03.01.2023

SPIE-kvantti-interferenssi_kvanttipisteiden-valilla-500-t.jpgLaajamittainen ja täysin toimiva kvanttiverkko on kvantti-informaation tieteiden pyhä malja. Se avaa fysiikan uuden rajan, joka tarjoaa uusia mahdollisuuksia kvanttilaskentaan, viestintään ja metrologiaan.

Yksi merkittävimmistä haasteista on laajentaa kvanttiviestinnän etäisyyttä käytännössä hyödylliseen mittakaavaan.

Korkean suorituskyvyn kvanttiverkko vaatii erittäin pienihäviöisten kvanttikanavien ja kvanttimuistin lisäksi myös tehokkaita kvanttivalolähteitä.

Satelliittipohjaisessa kvanttiviestinnässä on saavutettu yli 1000 kilometrin siirtotie mutta ulkoavaruudessa siirtohäviö oli paljon pienempi kuin optisilla kuiduilla.

Kvanttikanavan lisäksi tärkeä pitkän matkan kvanttiviestinnän osa on kvanttivalolähde. Ihanteellinen ehdokas on yksittäisen fotoninen lähde, jolla tulisi olla korkea järjestelmätehokkuus (johon sisältyy generointi-, erotus- ja keräystehokkuus) ja korkea toistotaajuus.

Lisäksi sovelluksissa, kuten kvanttiteleportaatiossa, jotka vaativat riippumattomien fotonien interfereointia, yksittäisten fotonien tulisi olla toisistaan erottamattomia. Lisävaatimuksia ovat skaalautuva alusta, viritettävä ja kapeakaistainen linjaleveys (suotuisa ajalliseen synkronointiin) ja liitettävyys ainekubittien kanssa.

Yksi aihepiirin lupaava lähde on kvanttipisteet (QD) vaikka viimeisen kahden vuosikymmenen aikana kvantti-interferenssin näkyvyys itsenäisten kvanttipisteiden välillä on harvoin ylittänyt klassisen 50 prosentin rajan ja etäisyydet on rajoitettu muutamaan metriin tai kilometriin.

Kiinalais-saksalaisen tutkijaryhmä on nyt saavuttanut erittäin näkyvän kvantti-interferenssin kahden riippumattoman kvanttipisteen välillä, jotka on yhdistetty noin 300 kilometrillä optisia kuituja.

Koejärjestelmässä yksittäiset fotonit syntyivät resonanssiohjatuista yksittäisistä kvanttipisteistä, jotka on deterministisesti kytketty mikro-onteloihin. Kvanttitaajuusmuunnoksia käytetään eliminoimaan QD-epähomogeenisuus ja siirtämään emissioaallonpituutta tietoliikennekaistalle. Saavutettu interferenssinäkyvyys on jopa 93 %.

Kiinan tiede- ja teknologiayliopistosta (USTC) professori Chao-Yang Lun mukaan, "Toteutettavilla parannuksilla voidaan pidentää etäisyyttä edelleen ~ 600 kilometriin."

Lu huomauttaa: "Työmme hyppäsi aiemmista QD-pohjaisista kvanttikokeista asteikolla ~ 1 km - 300 km, kaksi suuruusluokkaa suurempi, ja avaa siten jännittävän mahdollisuuden solid-state-kvanttiverkkoihin."

Aiheesta aiemmin:

Tutkijat teleportoivat kvantti-informaatiota kvanttiverkossa

Kvanttiteleportaatio piifotonisella sirulla

Lomittumista 50 kilometrissä valokuitua

Kohti kvanttiverkkoja
23.09.2023Kvanttipotentiaalin vapauttaminen monipuolisilla kvanttitiloilla
21.09.2023Terahertsiaaltoja helpommin
20.09.2023Espoosta voi ostaa kvanttitietokoneen
19.09.2023Kvanttianturien tarkkuutta voi edelleen parantaa
18.09.2023Kaksiulotteisia fettejä piikiekolle
16.09.2023Grafeenia, vihreää energiaa ja materiaaleja
15.09.2023Infrapunavaloa kvanttipisteistä
14.09.2023Kohti täydellisiä optisia resonaattoreita
13.09.2023Pidemmän kantaman vedenalaista viestintää
12.09.2023Pisara-akku tasoittaa tietä biointegroinnille

Siirry arkistoon »