Comunicarea cuantică, tot mai aproape de realitate

Oamenii de știință au creat o sursă de lumină „excepțional de strălucitoare” care poate genera fotoni (particule de lumină) cuantici, care ar putea fi utilizați pentru a transmite date în siguranță într-o viitoare rețea de comunicații cuantice de mare viteză.

Un viitor internet cuantic ar putea transmite informații utilizând perechi de fotoni încâlciți – ceea ce înseamnă că particulele împărtășesc informații în timp și spațiu indiferent de distanță. Pe baza legilor ciudate ale mecanicii cuantice, informațiile codificate în acești fotoni încâlciți pot fi transferate la viteze mari, în timp ce „coerența lor cuantică” – o stare în care particulele sunt încâlcite – asigură că datele nu pot fi interceptate.

Însă una dintre principalele provocări în construirea unui internet cuantic a fost faptul că puterea acestor fotoni poate scădea cu cât călătoresc mai departe; sursele de lumină nu au fost suficient de luminoase. Pentru a construi un internet cuantic de succes, care să poată trimite date pe distanțe mari, fotonii trebuie să fie suficient de puternici pentru a preveni „decoerența” – în cazul în care încurcătura se pierde și informațiile pe care le conțin dispar.

În cercetarea publicată în revista eLight, oamenii de știință din Europa, Asia și America de Sud au creat un nou tip de sursă de semnal cuantic folosind tehnologii existente, care atinge o luminozitate extrem de ridicată.

Ei au realizat acest lucru prin combinarea unui emițător de puncte fotonice (un generator de fotoni unici sau o particulă de lumină) cu un rezonator cuantic (un dispozitiv pentru consolidarea semnăturii cuantice) pentru a crea noul semnal cuantic puternic, scrie LiveScience.

O viitoare rețea de comunicații cuantice de mare viteză

Ceea ce face cercetarea recentă deosebit de interesantă este faptul că tehnologiile individuale au fost dovedite independent în laboratoare, dar au fost testate doar separat. Acest studiu este prima dată când acestea au fost utilizate împreună.

Cercetătorii au combinat emițătorul de puncte fotonice cu un rezonator Bragg circular pe un actuator piezoelectric (un dispozitiv care generează electricitate atunci când este aplicată căldură sau stres). Împreună, ei au creat o formă îmbunătățită de emițător de fotoni, care poate regla fin fotonii emiși pentru o încrucișare polarizată maximă. Acest lucru a fost controlat prin utilizarea actuatorului piezoelectric.

Perechile de fotoni generate de dispozitiv au avut o fidelitate de încrucișare și o eficiență de extracție ridicate – ceea ce înseamnă că fiecare foton este suficient de luminos pentru a fi util și își păstrează bine „semnătura cuantică”. Anterior, era dificil să se obțină în același timp un nivel util de luminozitate și o fidelitate ridicată a entanglementului, deoarece fiecare aspect necesita o tehnologie diferită și acestea erau dificil de combinat într-o manieră scalabilă.

Acesta este un pas înainte semnificativ în dezvoltarea tehnologiilor cuantice practice, demonstrând modul în care acestea pot fi combinate pentru a crea o sursă de lumină mai puternică și mai viabilă.

Un pas înainte semnificativ în dezvoltarea tehnologiilor cuantice practice

Din păcate, nu trebuie să ne așteptăm prea curând la un internet cuantic, deoarece diferitele tehnologii sunt încă în faza experimentală și de dezvoltare. Fabricarea emițătorului de fotoni utilizat în studiu a necesitat, de asemenea, materii prime toxice, inclusiv arsenic, care a necesitat o manipulare specială. Există, de asemenea, preocupări legate de siguranța utilizării arsenidului de galiu, din care a fost fabricat emițătorul de puncte fotonice. Fisher Scientific, un furnizor de echipamente de laborator și produse chimice pentru cercetarea științifică, clasifică arsenura de galiu drept periculoasă din mai multe motive, inclusiv proprietățile sale cancerigene.

Problemele de siguranță legate de utilizarea acestor materiale ar putea limita scalabilitatea metodologiei descrise. Prin urmare, ar putea fi necesar să se identifice materiale alternative viabile pentru generarea de fotoni luminoși și încâlciți pentru viitoarea rețea de comunicații cuantice.

Următoarea etapă a procesului de dezvoltare va consta în integrarea unei structuri de tip diodă pe actuatorul piezoelectric. Aceasta ar permite generarea unui câmp electric în punctele cuantice, pentru a contracara decoerența și, prin urmare, pentru a crește gradul de încrucișare.

Vă recomandăm să mai citiți și:

China anunță că a atins supremația cuantică

Timpul ar putea fi doar o iluzie creată de fizica cuantică

Pentru prima dată, rotația Pământului a fost măsurată cu inseparabilitatea cuantică

O descoperire cuantică ar putea încărca bateriile într-o clipită