Kohti kvanttiverkkoja

Joint Quantum Instituten tutkijat ovat luoneet kiderakenteen, joka parantaa pienen valopurskeen ja yksittäisten elektronien välistä vuorovaikutusta, saavutus, joka voi olla merkittävä askel kohti tulevaisuuden kvanttiverkkoja.

Valokuituverkot voivat siirtää kubitteja paikasta toiseen mutta tutkijoiden pitäisi kehittää kvanttibittejä, jotka hallitsevat myös informaation tallentamisen vuorovaikutuksessa yksittäisten fotonien kanssa.

Nyt Marylandin yliopiston tutkijat ovat toteuttaneet yhteisen rajapinnan fotoneille ja yksittäisille elektroneille. Kiinnittämällä fotoni ja elektroni yhteen pienessä tilassa, elektroni voi nopeasti muuttaa fotonien kvanttiominaisuuksia ja päinvastoin.

Uusi rajapinta hyödyntää fotonista kidettä. Fotonikiteet voivat keskittää valoa äärimmäisen pieneksi tilavuudeksi. Työ tukeutui myös aiempiin tutkimuksiin siitä miten kvanttipisteet voivat manipuloida valoa. Nämä pienet alueet käyttäytyvät kuin keinotekoiset atomit ja voivat ansoittaa puolestaan elektroneja pieneen tilaan.

Ennen tätä työtä JQI:n ryhmä osoitti, että kvanttipiste voisi muuttaa fotonien ominaisuuksia ja vaihtaa nopeasti valonsäteen suuntaa. Siten uusi työ yhdistää fotonikiteen valon ansoittamisen kvanttipisteiden elektronien ansoittamisen kanssa.

Fotonikiteen säännöllisessä hilassa on yhdellä alueella vikakohta. Se toimii kuten ontelo, jossa vain ne fotonit, joilla on tietty energia voivat tulla ja mennä.

Tämän ontelon sisällä, upotettujen puolijohteiden kerroksissa, kvanttipiste pitää yhtä elektronia. Tämän elektronin spin ohjaa sitä mitä tapahtuu fotoneille, jotka injektoidaan onteloon laserilla.

Jos spin osoittaa ylös, onteloon tuleva fotoni jätetään muuttamatta. Mutta kun spin osoittaa alas, fotoni saa käännetyn polarisaation. Vuorovaikutus toimi myös päinvastoin: yksi tietyn polarisaation fotoni voi kääntää elektronin spiniä.

Tällaiset rakenteet voivat hyödyntää vahvuuksia, joita fotonit ja elektronit tarjoavat kubitteina. Tulevaisuudessa esimerkiksi elektroneja voidaan käyttää tallentamaan ja käsittelemään kvantti-informaatiota yhdessä paikassa, kun taas fotonit voisivat kuljettaa tätä informaatiota verkon eri osien välillä.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttipisteitä ohuisiin materiaaleihin