Atklāts kvantu varavīksnes fotona lielgabals

Mēs esam daudz dzirdējuši par kvantu interneta iespēju, kas izmanto atsevišķus fotonus, lai kodētu un nosūtītu informāciju, ko aizsargā jaunā kvantu kriptogrāfijas tehnoloģija.

Šādas sistēmas galvenā priekšrocība ir nevainojama drošība, tāda, par kuras panākšanu valdības, militārpersonas, bankas un dažādas citas grupas maksātu dārgi.

Viena no kvantu interneta tehnoloģijām ir uzticams fotonu lielgabals, kas pēc pieprasījuma var izšaut atsevišķus fotonus. Tas nav viegli.

Viens no būtiskākajiem pašreizējo kvantu kriptogrāfijas sistēmu trūkumiem ir ierobežotā iespēja, ka mūsdienu lāzeri izstaro fotonus ķekaros, nevis pa vienam. Ja tas notiek, noklausītājs var izmantot šos papildu fotonus, lai iegūtu informāciju par pārsūtītajiem datiem.

Tāpēc netrūkst intereses izstrādāt fotonu pistoles, kas izstaro atsevišķus fotonus, un patiešām dažādas grupas ir panākušas ievērojamu progresu šajā virzienā.

Ņemot to vērā, Maikls Fortšs no Maksa Planka Gaismas zinātnes institūta Erlangenā, Vācijā, un daži draugi šodien saka, ka viņi ir panākuši nozīmīgu izrāvienu. Šie puiši uzskata, ka ir izveidojuši fotonu emitētāju ar virkni īpašību, kas padara to daudz elastīgāku, efektīvāku un noderīgāku nekā jebkad agrāk — sava veida fotonu superpistoli.

Pistole ir diska formas litija niobāta kristāls, kas izplūst ar 582 nm gaismu no ar neodīmu leģēta itrija alumīnija granāta (Nd:YAG) lāzera. Litija niobāts ir nelineārs materiāls, kas liek atsevišķiem fotoniem spontāni pārvērsties fotonu pāros.

Tātad 582 nm fotoni rikošē diska iekšpusē un galu galā parādās vai nu kā nemainīgi 582 nm fotoni, vai kā sapinušies fotoni ar aptuveni divreiz lielāku viļņa garumu (apmēram 1060 nm). Šim sapītajam pārim nav gluži vienāds viļņa garums, tāpēc visus trīs fotonu veidus var viegli atdalīt.

582 nm fotoni tiek ignorēti. No otra pāra vienu izmanto informācijas pārsūtīšanai, bet otru uztver detektors, lai apstiprinātu, ka otrs fotons ir gatavs pārraidei.

Tātad, kas ir tik īpašs šajā fotonu lielgabalā? Pirmais un vissvarīgākais ir tas, ka lielgabals izstaro fotonus pa pāriem. Tas ir nozīmīgi, jo viena fotona noteikšana ir nepārprotama zīme, ka ir izdalīts arī cits fotons. Tas ir kā laika zīmogs, kas saka, ka fotons ir ceļā.

Šis tā sauktais fotonu vēstnesis nozīmē, ka nevar rasties neskaidrības par to, vai ierocis slepeni nopludina informāciju potenciālajam noklausītājam.

Šis lielgabals ir arī ātrs, izstaro aptuveni 10 miljonus fotonu pāru sekundē uz mW, kā arī par divām kārtām efektīvāks nekā citi fotonu lielgabali.

Šie puiši var arī mainīt pistoles izstaroto fotonu viļņa garumu, sildot vai atdzesējot kristālu un tādējādi mainot tā izmēru. Šī krāsu varavīksne stiepjas vairāk nekā 100 nm (labi, ne gluži varavīksne, bet jūs redzat attēlu).

Tas ir svarīgi, jo tas nozīmē, ka pistoli var noregulēt uz dažādām atomu pārejām, ļaujot fiziķiem un inženieriem spēlēt ar dažādiem atomiem kvantu informācijas glabāšanai.

Kopumā iespaidīgs varoņdarbs un nepārprotami veicinošs solis ceļā uz jaudīgākiem kvantu informācijas apstrādes rīkiem.

Atsauce: arxiv.org/abs/1204.3056 : Daudzpusīgs atsevišķu fotonu avots kvantu informācijas apstrādei

paslēpties