Fotoni kuljettaa ja koodaa kvantti-informaatiota

Kvantti-informaation siirto edellyttää toimintaa yksittäisten fotonien avulla tavanomaisissa valokuituverkoissa käytettävien valonlähteiden sijaan.

Los Alamos National Laboratoryssä kehitetty uudenlainen kvanttirakenne tuottaa yksittäisiä fotoneja ja samalla koodaa informaatiota. Tällainen lähestymistapa on askel kohti yksittäisten fotonien käyttöä kvanttiviestinnässä ja tiedonkäsittelyssä

Uusi kvanttivaloemittereihin liittyvä lähestymistapa tuottaa ympyräpolarisoituneiden yksittäisien fotonien virran, jota voidaan hyödyntää monissa kvantti-informaation ja -viestinnän sovelluksissa.

Kehittämänsä kiraalisen kvanttivalonlähteen tutkijatiimi pinosi kahdesta erilaisesta atomisesti ohuesta materiaalista.

"Tutkimuksemme osoittavat, että yksikerroksinen puolijohde voi emittoida ympyräpolarisoitua valoa ilman ulkoisen magneettikentän apua", sanoi Han Htoon. "Tämä vaikutus on saavutettu aiemmin vain suurilla magneettikentillä.

Polarisaatiotila on keino koodata fotonia, joten tämä saavutus on tärkeä askel kvanttisalauksen tai kvanttiviestinnän suuntaan kehuvat tutkijat.

"Yksittäisten fotonien virran luomisen ja polarisaation tuovan lähteen avulla olemme yhdistäneet kaksi laitetta yhdeksi", Htoon sanoi.

Tutkimusryhmä pinosi yhden molekyylin paksuisen volframidiselenidipuolijohteen kerroksen paksumman nikkelifosforitrisulfidimagneettisen puolijohteen päälle. Sitten siihen luotiin sarja nanometrisiä syvennyksiä.

Syvennykset osoittautuivat hyödyllisiksi kahdella tapaa kun laser kohdistettiin materiaalipinoon. Ensinnäkin sysennys muodostaa potentiaaliseen energiamaisemaan. Yksikerroksisen volframidiselenidin elektronit putoavat syvennykseen. Tämä stimuloi yksittäisten fotonien säteilyä kaivosta.

Nanosysennys häiritsee myös alla olevan nikkelifosforitrisulfidikiteen tyypillisiä magneettisia ominaisuuksia luoden paikallisen magneettisen momentin, joka osoittaa materiaaleista ylöspäin. Tämä magneettinen momentti polarisoi emittoidut fotonit ympyrämäisesti.

Ryhmä tutkii parhaillaan tapoja moduloida yksittäisten fotonien ympyräpolarisaation astetta käyttämällä sähköisiä tai mikroaaltoisia viritteitä. Tämä ominaisuus tarjoaisi tavan koodata kvantti-informaatiota fotonivirtaan.

Fotonivirran kytkeminen edelleen mikroskooppisiin aaltojohtoihin tarjoaisi fotonipiirit, jotka mahdollistavat fotonien etenemisen yhteen suuntaan. Tällaiset piirit olisivat erittäin turvallisen kvantti-internetin perusrakennuspalikoita.

Aiheesta aiemmin:

Yhden fotonin emittereitä piille