Фотоны со свойствами лазера подбивают ученых к созданию квантового Интернета

Вызов современной физике бросила реализация квантовых сетей. Недавние исследования показали, что высококачественные фотоны можно получить из твердотельных чипов, что приближает человечество к созданию квантового Интернета. 

 Каждые два года удваивается количество транзисторов в микропроцессах, что удивительным образом подтверждает закон Мура, который был предсказан 50 лет назад.

Если так и дальше пойдет, то в ближайшее десятилетие нам понадобятся концептуальные и технические продвижения в области квантовой механики.

В современности большое количество твердотельных систем исследуются как кандидаты на роль квантовых битов и кубитов информации, наравне с различными подходами к протоколам квантовых вычислений. На сегодняшний день главной задачей является определение наиболее подходящей комбинации. Один кубит создается из полупроводниковых нанокристаллов, которые интегрируются в чип и управляются электронно-оптическими методами.

Единичные фотоны образуют летящие кубиты, которые являются неотъемлемой частью распределенных квантовых сетей. Причиной этому является то, что летящие кубиты – это естественный выбор для квантовой коммуникации, так как они способны переносить большое количество информации на большие расстояния и потому, что они играют определяющую роль в квантовых логических операциях, но только при условии, что все фотоны, которые присутствуют в операции – идентичны.

К сожалению, качество фотонов, которые генерируются из твердых кубитов, достаточно низкое, в силу декогерирующих процессов, которые происходят внутри материалов. Если каждый фотон будет отличаться, то развитие квантовых сетей будет иметь много проблем и препятствий.

Не так давно ученым из Кембриджского Университета удалось разработать новаторскую методику генерации из твердых устройств одинаковых фотонов со строгими свойствами, которые идентичны по качеству лазера.

В качестве источника фотонов ученые взяли полупроводниковый диод Шоттки, который содержит квантовые точки и обращаться к ним можно в одиночном порядке. Переходы квантовых точек использовались для проведения генерации единичных фотонов с помощью резонансной флуоресценции.

В условиях слабого возбуждения, которое имеет название Гейтлера, большой вклад в генерацию фотонов осуществляет упругое рассеяние. В таком случае декогеренция фотонов вполне может быть удалена. Ученые определили, что в когеренции и форме волны данные фотоны идентичны лазерам.

Сегодня существуют протоколы с квантовыми вычислениями и коммуникациями, которые опираются на схему генерации фотонов, и данная работа вполне может распространиться на другие источники единых фотонов, таких как отдельные молекулы, а также центры окраски в алмазах и нанопроводники.

Источник: gearmix.ru