Penyelidik menunjukkan gangguan kuantum keterlihatan tinggi antara dua titik kuantum semikonduktor bebas — satu langkah penting ke arah rangkaian kuantum boleh skala.
Hadiah Nobel dalam Fizik tahun lepas meraikan kepentingan asas jalinan kuantum, dan juga membayangkan aplikasi yang berpotensi dalam "revolusi kuantum kedua" — zaman baharu apabila kita dapat memanipulasi keanehan mekanik kuantum, termasuk superposisi kuantum dan jalinan. Rangkaian kuantum berskala besar dan berfungsi sepenuhnya ialah grail suci sains maklumat kuantum. Ia akan membuka sempadan baharu fizik, dengan kemungkinan baharu untuk pengiraan kuantum, komunikasi dan metrologi.
Salah satu cabaran yang paling ketara ialah memanjangkan jarak komunikasi kuantum kepada skala yang praktikal berguna. Tidak seperti isyarat klasik yang boleh dikuatkan tanpa bunyi, keadaan kuantum dalam superposisi tidak boleh dikuatkan kerana ia tidak boleh diklon dengan sempurna. Oleh itu, rangkaian kuantum berprestasi tinggi memerlukan bukan sahaja saluran kuantum kehilangan ultra rendah dan ingatan kuantum, tetapi juga sumber cahaya kuantum berprestasi tinggi. Terdapat kemajuan baru-baru ini yang menarik dalam komunikasi kuantum berasaskan satelit dan pengulang kuantum, tetapi kekurangan sumber foton tunggal yang sesuai telah menghalang kemajuan selanjutnya.
Apakah yang diperlukan daripada sumber foton tunggal untuk aplikasi rangkaian kuantum? Pertama, ia harus mengeluarkan satu (hanya satu) foton pada satu masa. Kedua, untuk mencapai kecerahan, sumber foton tunggal harus mempunyai kecekapan sistem yang tinggi dan kadar pengulangan yang tinggi. Ketiga, untuk aplikasi seperti dalam teleportasi kuantum yang memerlukan campur tangan dengan foton bebas, foton tunggal harus tidak dapat dibezakan. Keperluan tambahan termasuk platform berskala, lebar talian boleh melaras dan jalur sempit (sesuai untuk penyegerakan temporal), dan kesalinghubungan dengan qubit jirim.
Sumber yang menjanjikan ialah titik kuantum (QD), zarah semikonduktor hanya beberapa nanometer. Walau bagaimanapun, dalam dua dekad yang lalu, keterlihatan gangguan kuantum antara QD bebas jarang melebihi had klasik 50% dan jarak telah dihadkan kepada sekitar beberapa meter atau kilometer.
Seperti yang dilaporkan dalam Fotonik Lanjutan, pasukan penyelidik antarabangsa telah mencapai gangguan kuantum keterlihatan tinggi antara dua QD bebas yang dikaitkan dengan gentian optik ~300 km. Mereka melaporkan sumber foton tunggal yang cekap dan tidak dapat dibezakan dengan hingar ultra-rendah, penukaran frekuensi foton tunggal boleh tala, dan penghantaran gentian panjang penyebaran rendah. Foton tunggal dijana daripada QD tunggal yang dipacu secara resonan secara deterministik digabungkan dengan rongga mikro. Penukaran frekuensi kuantum digunakan untuk menghapuskan ketidakhomogenan QD dan mengalihkan panjang gelombang pelepasan kepada jalur telekomunikasi. Keterlihatan gangguan yang diperhatikan adalah sehingga 93%. Menurut pengarang kanan Chao-Yang Lu, profesor di Universiti Sains dan Teknologi China (USTC), "Peningkatan yang boleh dilaksanakan boleh memanjangkan lagi jarak hingga ~600 km."
Lu berkata, "Kerja kami melonjak daripada eksperimen kuantum berasaskan QD sebelumnya pada skala dari ~1 km kepada 300 km, dua urutan magnitud lebih besar, dan dengan itu membuka prospek rangkaian kuantum keadaan pepejal yang menarik." Dengan lonjakan yang dilaporkan ini, fajar rangkaian kuantum keadaan pepejal mungkin akan mula mencecah menjelang hari.
Rujukan: "Gangguan kuantum dengan sumber foton tunggal bebas melebihi gentian 300 km" oleh 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 dan Jian-Wei Pan, 27 Disember 2022, Fotonik Lanjutan.
DOI: 10.1117/1.AP.4.6.066003
