محققین نے دو آزاد سیمی کنڈکٹر کوانٹم ڈاٹس کے درمیان اعلی مرئیت کوانٹم مداخلت کا مظاہرہ کیا - توسیع پذیر کوانٹم نیٹ ورکس کی طرف ایک اہم قدم۔
پچھلے سال کے فزکس کے نوبل انعام نے کوانٹم اینگلمنٹ کی بنیادی دلچسپی کا جشن منایا، اور "دوسرے کوانٹم انقلاب" میں ممکنہ ایپلی کیشنز کا تصور بھی کیا - ایک نیا دور جب ہم کوانٹم میکانکس کی عجیب و غریب کیفیت کو جوڑ سکتے ہیں، بشمول کوانٹم سپرپوزیشن اور الجھن۔ ایک بڑے پیمانے پر اور مکمل طور پر فعال کوانٹم نیٹ ورک کوانٹم انفارمیشن سائنسز کا مقدس گریل ہے۔ یہ کوانٹم کمپیوٹیشن، کمیونیکیشن اور میٹرولوجی کے نئے امکانات کے ساتھ، فزکس کا ایک نیا محاذ کھولے گا۔
سب سے اہم چیلنجوں میں سے ایک کوانٹم کمیونیکیشن کی دوری کو عملی طور پر مفید پیمانے پر بڑھانا ہے۔ کلاسیکی سگنلز کے برعکس جنہیں بغیر کسی آواز کے بڑھایا جا سکتا ہے، سپرپوزیشن میں کوانٹم سٹیٹس کو بڑھایا نہیں جا سکتا کیونکہ انہیں مکمل طور پر کلون نہیں کیا جا سکتا۔ لہذا، ایک اعلی کارکردگی والے کوانٹم نیٹ ورک کے لیے نہ صرف انتہائی کم نقصان والے کوانٹم چینلز اور کوانٹم میموری کی ضرورت ہوتی ہے بلکہ اعلیٰ کارکردگی والے کوانٹم لائٹ ذرائع کی بھی ضرورت ہوتی ہے۔ سیٹلائٹ پر مبنی کوانٹم کمیونیکیشنز اور کوانٹم ریپیٹرز میں حال ہی میں دلچسپ پیش رفت ہوئی ہے، لیکن مناسب سنگل فوٹون ذرائع کی کمی نے مزید پیشرفت میں رکاوٹ ڈالی ہے۔
کوانٹم نیٹ ورک ایپلی کیشنز کے لیے سنگل فوٹون سورس کی کیا ضرورت ہے؟ سب سے پہلے، اسے ایک وقت میں ایک (صرف ایک) فوٹون خارج کرنا چاہیے۔ دوسرا، چمک حاصل کرنے کے لیے، سنگل فوٹون ذرائع میں اعلیٰ نظام کی کارکردگی اور اعادہ کی اعلی شرح ہونی چاہیے۔ تیسرا، کوانٹم ٹیلی پورٹیشن جیسی ایپلی کیشنز کے لیے جن کے لیے آزاد فوٹون کے ساتھ مداخلت کی ضرورت ہوتی ہے، سنگل فوٹونز کو الگ نہیں کیا جا سکتا۔ اضافی تقاضوں میں توسیع پذیر پلیٹ فارم، ٹیون ایبل اور تنگ بینڈ لائن وڈتھ (دنیاوی ہم آہنگی کے لیے سازگار)، اور مادے کی کوبٹس کے ساتھ باہمی ربط شامل ہیں۔
ایک امید افزا ذریعہ ہے کوانٹم ڈاٹس (QDs)، صرف چند نینو میٹر کے سیمی کنڈکٹر ذرات۔ تاہم، پچھلی دو دہائیوں میں، آزاد QDs کے درمیان کوانٹم مداخلت کی مرئیت شاذ و نادر ہی 50% کی کلاسیکی حد سے تجاوز کر گئی ہے اور فاصلے تقریباً چند میٹر یا کلومیٹر تک محدود ہو گئے ہیں۔
جیسا کہ اطلاع دی گئی ہے ایڈوانسڈ فوٹوونکس، محققین کی ایک بین الاقوامی ٹیم نے ~ 300 کلومیٹر آپٹیکل ریشوں سے منسلک دو آزاد QDs کے درمیان اعلی مرئیت کوانٹم مداخلت حاصل کی ہے۔ وہ انتہائی کم شور، ٹیون ایبل سنگل فوٹوون فریکوئنسی کنورژن، اور کم بازی طویل فائبر ٹرانسمیشن کے ساتھ موثر اور ناقابل شناخت واحد فوٹون ذرائع کی اطلاع دیتے ہیں۔ سنگل فوٹون گونج سے چلنے والے سنگل QDs سے متعین طور پر مائکرو کیویٹیز سے تیار ہوتے ہیں۔ کوانٹم فریکوئنسی تبادلوں کا استعمال QD غیر ہم آہنگی کو ختم کرنے اور اخراج طول موج کو ٹیلی کمیونیکیشن بینڈ میں منتقل کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ مشاہدہ شدہ مداخلت کی نمائش 93٪ تک ہے۔ سینئر مصنف چاو یانگ لو، یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی آف چائنا (یو ایس ٹی سی) کے پروفیسر کے مطابق، "ممکنہ بہتری سے فاصلہ مزید 600 کلومیٹر تک بڑھایا جا سکتا ہے۔"
لو نے ریمارکس دیئے، "ہمارے کام نے پچھلے QD پر مبنی کوانٹم تجربات سے ~ 1 کلومیٹر سے 300 کلومیٹر تک کے پیمانے پر چھلانگ لگا دی، جس کی شدت کے دو آرڈر بڑے ہیں، اور اس طرح ٹھوس ریاست کوانٹم نیٹ ورکس کا ایک دلچسپ امکان کھلتا ہے۔" اس اطلاع شدہ چھلانگ کے ساتھ، سالڈ اسٹیٹ کوانٹم نیٹ ورکس کا طلوع جلد ہی دن کی طرف ٹوٹنا شروع ہو سکتا ہے۔
حوالہ: Xiang You، Mingyang Zheng، Si Chen، Run-Ze Liu، Jian Qin، Mo-chi Xu، Zheng-Xuan Ge، Tung-Hsun Chung، Yu کے ذریعہ "300 کلومیٹر سے زیادہ آزاد سنگل فوٹون ذرائع کے ساتھ کوانٹم مداخلت" -کون کیاؤ، یانگ-فین جیانگ، ہان سین ژونگ، منگ-چینگ چن، ہوئی وانگ، یو-منگ ہی، ژیو-پنگ ژی، ہاؤ لی، لی-ژنگ یو III، کرسچن شنائیڈر، جوآن ین، ٹینگ یون چن، محمد بینیوسف، یونگ ہینگ ہو، سوین ہوفلنگ، کیانگ ژانگ، چاو یانگ لو اور جیان وی پین، 27 دسمبر 2022، ایڈوانسڈ فوٹوونکس.
DOI: 10.1117/1.AP.4.6.066003
