A kutatók jól látható kvantuminterferenciát mutattak be két független félvezető kvantumpont között, ami fontos lépés a méretezhető kvantumhálózatok felé.
A tavalyi fizikai Nobel-díj a kvantumösszefonódás alapvető érdekét ünnepelte, és a „második kvantumforradalom” lehetséges alkalmazási lehetőségeit is elképzelte – egy új korszakban, amikor képesek vagyunk manipulálni a kvantummechanika furcsaságait, beleértve a kvantum-szuperpozíciót és az összefonódást. Egy nagyszabású és teljesen működőképes kvantumhálózat a kvantuminformációs tudományok szent grálja. A fizika új határait nyitja meg, új lehetőségeket kínálva a kvantumszámítás, a kommunikáció és a metrológia számára.
Az egyik legjelentősebb kihívás a kvantumkommunikáció távolságának a gyakorlatban is használható léptékre való kiterjesztése. A klasszikus jelekkel ellentétben, amelyek zajtalanul erősíthetők, a szuperpozícióban lévő kvantumállapotok nem erősíthetők fel, mivel nem klónozhatók tökéletesen. Ezért egy nagy teljesítményű kvantumhálózathoz nemcsak ultraalacsony veszteségű kvantumcsatornákra és kvantum memóriára van szükség, hanem nagy teljesítményű kvantumfényforrásokra is. A közelmúltban izgalmas előrelépés történt a műholdalapú kvantumkommunikáció és a kvantumismétlők terén, de a megfelelő egyfotonos források hiánya hátráltatta a további fejlődést.
Mi szükséges az egyfoton forrástól a kvantumhálózati alkalmazásokhoz? Először is, egyszerre egy (csak egy) fotont kell kibocsátania. Másodszor, a fényerő eléréséhez az egyfoton forrásoknak nagy rendszerhatékonysággal és magas ismétlési gyakorisággal kell rendelkezniük. Harmadszor, az olyan alkalmazásoknál, mint például a kvantumteleportáció, amelyek független fotonokkal való interferenciát igényelnek, az egyes fotonoknak megkülönböztethetetlennek kell lenniük. További követelmények közé tartozik a skálázható platform, a hangolható és keskeny sávú vonalszélesség (kedvező az időbeli szinkronizáláshoz), valamint az anyag qubitekkel való összekapcsolhatósága.
Ígéretes forrás a kvantumpontok (QD), mindössze néhány nanométeres félvezető részecskék. Az elmúlt két évtizedben azonban a független QD-k közötti kvantuminterferencia láthatósága ritkán haladta meg a klasszikus 50%-os határt, és a távolságokat néhány méter vagy kilométer körül korlátozták.
Amint arról beszámoltam Haladó fotonika, egy nemzetközi kutatócsoport nagy láthatóságú kvantuminterferenciát ért el két független QD között, amelyek ~300 km-es optikai szálakhoz kapcsolódnak. Hatékony és megkülönböztethetetlen egyfoton forrásokról számolnak be, rendkívül alacsony zajszinttel, hangolható egyfoton frekvencia-konverzióval és alacsony szórású, hosszú szálas átvitellel. Az egyes fotonok rezonánsan vezérelt egyedi QD-kből jönnek létre, amelyek determinisztikusan kapcsolódnak mikroüregekhez. A kvantumfrekvencia-konverziókat a QD inhomogenitásának kiküszöbölésére és az emissziós hullámhossz távközlési sávra való eltolására használják. A megfigyelt interferencia láthatósága akár 93%. Chao-Yang Lu vezető szerző, a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem (USTC) professzora szerint „a megvalósítható fejlesztések tovább növelhetik a távolságot ~600 km-re.”
Lu megjegyzi: „Munkánk a korábbi QD-alapú kvantumkísérletekhez képest ~1 km-től 300 km-ig terjedő léptékben ugrott, ami két nagyságrenddel nagyobb, és így izgalmas távlatokat nyit a szilárdtest-kvantumhálózatok felé.” Ezzel a bejelentett ugrással a szilárdtest-kvantumhálózatok hajnala hamarosan felvirágozhat a nap felé.
Hivatkozás: „Kvantum interferencia független egyfoton forrásokkal 300 km-es szálon” Xiang You, Mingyang Zheng, Si Chen, Run-Ze Liu, Jian Qin, Mo-Chi Xu, Zheng-Xuan Ge, Tung-Hsun Chung, Yu -Kun Qiao, Yang-Fan Jiang, Han-Sen Zhong, Ming-Cheng Chen, Hui Wang, Yu-Ming He, Xiu-Ping Xie, Hao Li, Li-Xing You III, Christian Schneider, Juan Yin, Teng-Yun Chen, Mohamed Benyoucef, Yong-Heng Huo, Sven Höfling, Qiang Zhang, Chao-Yang Lu és Jian-Wei Pan, 27. december 2022., Haladó fotonika.
DOI: 10.1117 / 1.AP.4.6.066003
