أظهر الباحثون تداخلًا كميًا عالي الوضوح بين نقطتين كميتين مستقلتين لأشباه الموصلات - وهي خطوة مهمة نحو شبكات كمية قابلة للتطوير.
احتفلت جائزة نوبل في الفيزياء للعام الماضي بالاهتمام الأساسي للتشابك الكمومي ، كما تصورت التطبيقات المحتملة في "الثورة الكمومية الثانية" - عصر جديد يمكننا فيه التلاعب بغرابة ميكانيكا الكم ، بما في ذلك التراكب الكمومي والتشابك. الشبكة الكمومية واسعة النطاق وتعمل بكامل طاقتها هي الكأس المقدسة لعلوم المعلومات الكمومية. سيفتح آفاقًا جديدة للفيزياء ، مع إمكانيات جديدة للحساب الكمي ، والتواصل ، والقياس.
أحد أهم التحديات هو تمديد مسافة الاتصال الكمي إلى نطاق مفيد عمليًا. على عكس الإشارات الكلاسيكية التي يمكن تضخيمها بلا ضوضاء ، لا يمكن تضخيم الحالات الكمومية في حالة التراكب لأنه لا يمكن استنساخها تمامًا. لذلك ، لا تتطلب الشبكة الكمومية عالية الأداء قنوات كمومية ذات خسارة منخفضة للغاية وذاكرة كمومية فحسب ، بل تتطلب أيضًا مصادر ضوئية كمومية عالية الأداء. كان هناك تقدم مثير مؤخرًا في الاتصالات الكمومية القائمة على الأقمار الصناعية والمكررات الكمومية ، لكن الافتقار إلى مصادر مناسبة أحادية الفوتون أعاق المزيد من التقدم.
ما هو المطلوب لمصدر فوتون واحد لتطبيقات الشبكة الكمومية؟ أولاً ، يجب أن يُصدر فوتونًا واحدًا (واحدًا فقط) في كل مرة. ثانيًا ، لتحقيق السطوع ، يجب أن تتمتع مصادر الفوتون الفردي بكفاءة عالية للنظام ومعدل تكرار مرتفع. ثالثًا ، بالنسبة للتطبيقات مثل النقل الآني الكمي التي تتطلب التدخل في الفوتونات المستقلة ، يجب أن يكون الفوتونات المفردة غير قابلة للتمييز. تتضمن المتطلبات الإضافية منصة قابلة للتطوير ، وعرض خط قابل للضبط والنطاق الضيق (مناسب للتزامن الزمني) ، والتوصيل البيني مع كيوبتات المادة.
المصدر الواعد هو النقاط الكمومية (QDs) ، وهي جسيمات أشباه الموصلات يبلغ حجمها بضعة نانومترات فقط. ومع ذلك ، في العقدين الماضيين ، نادراً ما تجاوزت رؤية التداخل الكمي بين QDs المستقلة الحد الكلاسيكي البالغ 50٪ ، وكانت المسافات مقتصرة على بضعة أمتار أو كيلومترات.
كما ورد في الضوئيات المتقدمة، حقق فريقًا دوليًا من الباحثين تداخلًا كميًا عالي الوضوح بين اثنين من QDs المستقلين المرتبطين بألياف ضوئية 300 كم تقريبًا. لقد أبلغوا عن مصادر فوتون واحدة فعالة ولا يمكن تمييزها مع ضوضاء منخفضة للغاية ، وتحويل تردد فوتون واحد قابل للضبط ، ونقل ألياف طويل منخفض التشتت. يتم إنشاء الفوتونات المفردة من QDs مفردة مدفوعة بشكل رنيني مقترنة بشكل حتمي بالفجوات الصغيرة. تُستخدم تحويلات التردد الكمي للتخلص من عدم تجانس QD وتحويل الطول الموجي للإرسال إلى نطاق الاتصالات. تصل رؤية التداخل الملحوظ إلى 93٪. وفقًا لكبير المؤلفين Chao-Yang Lu ، الأستاذ في جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين (USTC) ، "يمكن للتحسينات المجدية أن تزيد المسافة إلى 600 كيلومتر تقريبًا".
يقول لو ، "لقد قفز عملنا من التجارب الكمية السابقة القائمة على QD على مقياس من كيلومتر واحد تقريبًا إلى 1 كيلومتر ، وهو أمر أكبر بمرتين ، وبالتالي يفتح احتمالًا مثيرًا للشبكات الكمية ذات الحالة الصلبة." مع هذه القفزة المبلغ عنها ، قد يبدأ فجر الشبكات الكمومية ذات الحالة الصلبة في الانهيار قريبًا.
المرجع: "التداخل الكمي مع مصادر الفوتون الواحد المستقلة التي تزيد عن 300 كيلومتر من الألياف" بقلم Xiang You و Mingyang Zheng و Si Chen و Run-Ze Liu و Jian Qin و Mo-Chi Xu و Zheng-Xuan Ge و Tung-Hsun Chung و Yu -كون تشياو ، يانغ فان جيانغ ، هان سين تشونغ ، مينغ تشنغ تشن ، هوي وانغ ، يو مينغ هي ، شيو بينغ شي ، هاو لي ، لي شينغ يو الثالث ، كريستيان شنايدر ، جوان يين ، تنغ يون تشين ، محمد بن يوسف ، يونج هينج هوو ، سفين هوفلينج ، تشيانج زانج ، تشاو يانج لو وجيان وي بان ، 27 ديسمبر 2022 ، الضوئيات المتقدمة.
DOI: 10.1117 / 1.AP.4.6.066003
