Erbium-ionit kvanttitoistimien perustaksi

Erbium-ioneilla tehdyt kokeet osoittavat, että niitä voidaan käyttää lomittuneiden fotonien luomiseen tietoliikennekaistalla, mikä on tärkeä askel kvanttitoistimien rakentamisessa.

Kvanttitoistin on parhaillaan kehitteillä oleva laite, joka välittää kvantti-informaatiota optista kuitua pitkin. Kvanttitoistimen peruskomponentti on pitkäikäinen kvanttimuisti tai kubitti, joka voi lähettää ja vastaanottaa fotoneja.

Uusi tutkimus osoittaa, että kiintoaineiseen rakenteeseen integroidut erbium-ionit ovat lupaava ehdokas tämän roolin täyttämiseen, koska ne voivat olla suoraan vuorovaikutuksessa kuidun läpi kulkevien fotonien kanssa.

Kvanttitoistintekniikoille on olemassa useita vaihtoehtoja, mutta yksi suurimmista haasteista on, että useimmat näistä vaihtoehdoista ovat vuorovaikutuksessa näkyvän tai UV-alueen fotonien kanssa, kaukana kuituteleviestinnässä käytetyistä infrapunataajuuksista.

Yksi ratkaisu on ollut muuntaa saapuvien ja lähtevien fotonien taajuudet, mutta se vaatii paljon teknisiä kustannuksia, selittää Jeff Thompson Princetonin yliopistosta. Hänellä ja hänen kollegoillaan on erilainen lähestymistapa: Käytä kubittia, joka kytkeytyy suoraan tietoliikennekaistaan.

Erbium-ioneja on käytetty pitkään lasereiden ja optisten vahvistimien valmistukseen, jotka toimivat tietoliikennetaajuuksilla, ja viime aikoina niiden on osoitettu toimivan kubitteina. Erbium-ionit ovat kuitenkin hitaita säteilijöitä, mikä tekee niistä epäkäytännöllisiä yhden fotonin lähteinä kvanttitoistimessa.

Thompson ja kollegat kiertävät tämän kytkemällä erbium-ioneja piinano-onteloon, mikä lisää niiden emissionopeutta kertoimella 1000. Tutkijat liittivät laitteensa kuituoptiseen järjestelmään ja osoittivat, että yhden erbium-ionin lähettämä fotoni oli vielä lomittuneena tähän ioniin 15 kilometrin matkan jälkeen.

Vastaavissa demonstraatioissa muut toistintekniikat ovat saavuttaneet pidempiä etäisyyksiä (noin 50 km), mutta ne ovat tapahtuneet monimutkaisten taajuusmuunnoksien avulla.

Aiheesta aiemmin:

Uusi alusta kvantti-informaation käsittelyyn

Tehostusta kvantti-internetille

Valoa, ääntä ja mekaniikkaa kvanttitekniikkaan