محققان تداخل کوانتومی با دید بالا را بین دو نقطه کوانتومی نیمه هادی مستقل نشان دادند که گامی مهم به سوی شبکه های کوانتومی مقیاس پذیر است.
جایزه نوبل فیزیک سال گذشته علاقه بنیادین درهم تنیدگی کوانتومی را جشن گرفت و همچنین کاربردهای بالقوه در "انقلاب کوانتومی دوم" را پیش بینی کرد - عصر جدیدی که ما قادر به دستکاری عجیب و غریب مکانیک کوانتومی از جمله برهم نهی و درهم تنیدگی کوانتومی هستیم. یک شبکه کوانتومی در مقیاس بزرگ و کاملاً کاربردی، جام مقدس علوم اطلاعات کوانتومی است. این مرز جدیدی از فیزیک را با امکانات جدیدی برای محاسبات کوانتومی، ارتباطات و اندازه‌شناسی باز خواهد کرد.
یکی از مهم‌ترین چالش‌ها این است که فاصله ارتباطات کوانتومی را تا مقیاسی کاربردی افزایش دهیم. برخلاف سیگنال‌های کلاسیک که می‌توانند بدون نویز تقویت شوند، حالت‌های کوانتومی در برهم نهی نمی‌توانند تقویت شوند، زیرا نمی‌توانند به طور کامل شبیه‌سازی شوند. بنابراین، یک شبکه کوانتومی با کارایی بالا نه تنها به کانال‌های کوانتومی و حافظه کوانتومی با تلفات بسیار کم، بلکه به منابع نور کوانتومی با کارایی بالا نیز نیاز دارد. اخیراً پیشرفت‌های هیجان‌انگیزی در ارتباطات کوانتومی مبتنی بر ماهواره و تکرارکننده‌های کوانتومی صورت گرفته است، اما فقدان منابع تک فوتونی مناسب پیشرفت‌های بیشتر را با مشکل مواجه کرده است.
چه چیزی از یک منبع تک فوتون برای برنامه های کاربردی شبکه کوانتومی مورد نیاز است؟ ابتدا باید یک (فقط یک) فوتون را در یک زمان ساطع کند. دوم، برای دستیابی به روشنایی، منابع تک فوتون باید بازده سیستم بالا و نرخ تکرار بالایی داشته باشند. سوم، برای کاربردهایی مانند تله‌پورت کوانتومی که نیاز به تداخل با فوتون‌های مستقل دارند، تک فوتون‌ها باید غیرقابل تشخیص باشند. الزامات اضافی شامل یک پلت فرم مقیاس پذیر، پهنای خط قابل تنظیم و باند باریک (مناسب برای همگام سازی زمانی) و اتصال با کیوبیت های ماده است.
یک منبع امیدوارکننده، نقاط کوانتومی (QDs)، ذرات نیمه هادی تنها چند نانومتری است. با این حال، در دو دهه گذشته، دید تداخل کوانتومی بین QD های مستقل به ندرت از حد کلاسیک 50 درصد فراتر رفته است و فاصله ها به حدود چند متر یا کیلومتر محدود شده است.
همانطور که در گزارش فوتونیک پیشرفتهیک تیم بین المللی از محققان به تداخل کوانتومی با دید بالا بین دو QD مستقل مرتبط با فیبرهای نوری 300 کیلومتر دست یافته اند. آنها منابع تک فوتون کارآمد و غیرقابل تشخیص با نویز فوق العاده کم، تبدیل فرکانس تک فوتون قابل تنظیم و انتقال فیبر بلند با پراکندگی کم را گزارش می دهند. فوتون های منفرد از QD های منفرد رزونانسی که به طور قطعی با ریزحفره ها جفت شده اند تولید می شوند. تبدیل فرکانس کوانتومی برای حذف ناهمگنی QD و انتقال طول موج انتشار به باند مخابراتی استفاده می شود. دید تداخل مشاهده شده تا 93٪ است. به گفته نویسنده ارشد Chao-Yang Lu، استاد دانشگاه علم و فناوری چین (USTC)، "پیشرفت های عملی می تواند مسافت را تا 600 کیلومتر افزایش دهد."
لو اظهار می‌کند: «کار ما از آزمایش‌های کوانتومی قبلی مبتنی بر QD در مقیاسی از 1 کیلومتر تا 300 کیلومتر، دو مرتبه بزرگ‌تر، جهش کرد و بنابراین چشم‌انداز هیجان‌انگیزی برای شبکه‌های کوانتومی حالت جامد باز می‌کند.» با این جهش گزارش شده، طلوع شبکه های کوانتومی حالت جامد ممکن است به زودی آغاز شود.
مرجع: "تداخل کوانتومی با منابع تک فوتون مستقل بیش از 300 کیلومتر فیبر" توسط Xiang You، Mingyang Zheng، Si Chen، Run-Ze Liu، Jian Qin، Mo-Chi Xu، Zheng-Xuan Ge، Tung-Hsun Chung، Yu. -کون کیائو، یانگ-فان جیانگ، هان سن ژونگ، مینگ-چنگ چن، هوی وانگ، یو-مینگ هه، شیو-پینگ شی، هائو لی، لی-زینگ یو سوم، کریستین اشنایدر، خوان یین، تنگ-یون چن، محمد بنیوسف، یونگ هنگ هو، سون هوفلینگ، کیانگ ژانگ، چائو یانگ لو و جیان وی پان، 27 دسامبر 2022، فوتونیک پیشرفته.
DOI: 10.1117/1.AP.4.6.066003
