Κβαντική Επικοινωνία: Πιο κοντά στην πραγματικότητα χάρη σε νέα εξαιρετικά φωτεινά σωματίδια φωτός
Οι επιστήμονες δημιούργησαν μια «εξαιρετικά φωτεινή» πηγή φωτός που μπορεί να παράγει κβαντικά συζευγμένα φωτόνια (σωματίδια φωτός), τα οποία θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την ασφαλή μετάδοση δεδομένων σε ένα μελλοντικό δίκτυο κβαντικών επικοινωνιών υψηλής ταχύτητας.
Ένα μελλοντικό κβαντικό Διαδίκτυο θα μπορούσε να μεταδίδει πληροφορίες χρησιμοποιώντας ζεύγη συζευγμένων φωτονίων - που σημαίνει ότι τα σωματίδια μοιράζονται πληροφορίες στο χρόνο και στο χώρο, ανεξάρτητα από την απόσταση. Με βάση τους παράξενους νόμους της Κβαντομηχανικής, οι πληροφορίες που είναι κωδικοποιημένες σε αυτά τα συζευγμένα φωτόνια μπορούν να μεταφερθούν με υψηλές ταχύτητες, ενώ η «κβαντική συνοχή» τους εξασφαλίζει ότι τα δεδομένα δεν μπορούν να υποκλαπούν.
Ωστόσο, μία από τις βασικές προκλήσεις για την οικοδόμηση ενός κβαντικού Διαδικτύου είναι ότι η ισχύς αυτών των φωτονίων μπορεί να εξασθενεί όσο πιο μακριά ταξιδεύουν, δηλαδή οι πηγές φωτός δεν είναι αρκετά φωτεινές. Για την κατασκευή ενός επιτυχημένου κβαντικού Διαδικτύου που θα μπορεί να στέλνει δεδομένα σε τεράστιες αποστάσεις, τα φωτόνια πρέπει να είναι αρκετά ισχυρά ώστε να αποτρέπουν την «αποσυγκόλληση», όπου η σύζευξη χάνεται και οι πληροφορίες που περιέχουν εξαφανίζονται.
Σε έρευνα που δημοσιεύθηκε στις 24 Ιουλίου στο περιοδικό eLight, επιστήμονες από την Ευρώπη, την Ασία και τη Νότια Αμερική δημιούργησαν έναν νέο τύπο κβαντικής πηγής σήματος χρησιμοποιώντας υπάρχουσες τεχνολογίες που επιτυγχάνει εξαιρετικά υψηλή φωτεινότητα.
Το πέτυχαν αυτό συνδυάζοντας έναν πομπό φωτονικών σημείων (μια γεννήτρια μεμονωμένων φωτονίων ή σωματιδίων φωτός) με ένα κβαντικό αντηχείο (μια συσκευή για την ενίσχυση της κβαντικής υπογραφής) για να δημιουργήσουν το ισχυρό νέο κβαντικό σήμα. Αυτό που καθιστά την πρόσφατη έρευνα ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα είναι ότι οι επιμέρους τεχνολογίες έχουν αποδειχθεί ανεξάρτητα σε εργαστήρια, αλλά είχαν δοκιμαστεί μόνο ξεχωριστά. Αυτή η μελέτη είναι η πρώτη φορά που χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό μεταξύ τους.
Οι ερευνητές συνδύασαν τον πομπό φωτονικών σημείων με έναν κυκλικό αντηχείο Bragg (ανακλαστήρας που χρησιμοποιείται για την καθοδήγηση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων) σε έναν πιεζοηλεκτρικό ενεργοποιητή (συσκευή που παράγει ηλεκτρισμό όταν εφαρμόζεται θερμότητα ή πίεση). Μαζί δημιούργησαν μια βελτιωμένη μορφή πομπού φωτονίων, η οποία μπορεί να ρυθμίσει λεπτομερώς τα εκπεμπόμενα φωτόνια για μέγιστη πολωμένη σύζευξη. Αυτό ελέγχθηκε με τη χρήση του πιεζοηλεκτρικού ενεργοποιητή.
Τα ζεύγη φωτονίων που παρήχθησαν από τη συσκευή είχαν υψηλή πιστότητα διεμπλοκής και αποδοτικότητα εξαγωγής, γεγονός που σημαίνει ότι κάθε φωτόνιο είναι αρκετά φωτεινό ώστε να είναι χρήσιμο και διατηρεί καλά την «κβαντική υπογραφή» του (μια χρήσιμη κβαντική ιδιότητα). Προηγουμένως ήταν δύσκολο να επιτευχθεί ταυτόχρονα ένα αξιοποιήσιμο επίπεδο φωτεινότητας και μια υψηλή πιστότητα διεμπλοκής, επειδή κάθε πτυχή απαιτούσε μια διαφορετική τεχνολογία και αυτές ήταν δύσκολο να συνδυαστούν με κλιμακούμενο τρόπο.
Πρόκειται για ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην ανάπτυξη πρακτικών κβαντικών τεχνολογιών, αποδεικνύοντας πώς μπορούν να συνδυαστούν μεταξύ τους για τη δημιουργία μιας πιο ισχυρής και βιώσιμης πηγής φωτός.
Δυστυχώς, δεν θα πρέπει να περιμένουμε ένα κβαντικό Διαδίκτυο σύντομα, καθώς οι διάφορες τεχνολογίες παραμένουν σε πειραματικό και αναπτυξιακό στάδιο. Η κατασκευή του πομπού φωτονίων που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη απαιτεί επίσης τοξικές πρώτες ύλες, συμπεριλαμβανομένου του αρσενικού, οι οποίες απαιτούν εξειδικευμένο χειρισμό. Υπάρχουν επίσης ανησυχίες για την ασφάλεια γύρω από τη χρήση αρσενικούχου γαλλίου, από το οποίο κατασκευάστηκε ο πομπός φωτονίων. Η Fisher Scientific, προμηθευτής εργαστηριακού εξοπλισμού και χημικών ουσιών για την επιστημονική έρευνα, καταγράφει το αρσενιούχο γάλλιο ως επικίνδυνο για διάφορους λόγους, συμπεριλαμβανομένων των καρκινογόνων ιδιοτήτων του.
Οι ανησυχίες για την ασφάλεια που σχετίζονται με τη χρήση αυτών των υλικών θα μπορούσαν να περιορίσουν την επεκτασιμότητα της μεθοδολογίας που περιγράφεται. Επομένως, μπορεί να χρειαστεί να εντοπιστούν βιώσιμα εναλλακτικά υλικά για τη δημιουργία φωτεινών, συζευγμένων φωτονίων για ένα μελλοντικό δίκτυο κβαντικών επικοινωνιών.
Το επόμενο στάδιο στη διαδικασία ανάπτυξης θα είναι η ενσωμάτωση μιας δομής που μοιάζει με δίοδο στον πιεζοηλεκτρικό ενεργοποιητή. Αυτό θα επιτρέψει τη δημιουργία ενός ηλεκτρικού πεδίου κατά μήκος των κβαντικών κουκίδων, προκειμένου να αντιμετωπιστεί η αποσυγκόλληση και, επομένως, να ενισχυθεί ο βαθμός σύζευξης.
Αν και υπάρχουν πολλά ακόμη βήματα που πρέπει να γίνουν για την ανάπτυξη ενός κβαντικού Διαδικτύου, ο επιτυχής συνδυασμός ενός πομπού φωτονίων και ενός συντονιστή για την επίτευξη φωτονίων με υψηλή φωτεινότητα και διεμπλοκή είναι ένα πολύ σημαντικό βήμα προς τα εμπρός.
[via]
