DepositPhotos
Forscher haben einen optischen Chip entwickelt, der eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung optischer Quantenkommunikationssysteme zu lösen scheint und möglicherweise eine zuverlässige und kostengünstige Möglichkeit zur Entwicklung der Quantenkommunikation bietet.
Probleme mit der optischen Quantenkommunikation
Viele der heute entwickelten fortschrittlichen Kommunikationssysteme verwenden Quantenmechanik zum Verarbeiten, Speichern und Übertragen von Informationen unter Nutzung des Prinzips von Verstrickung wenn zwei Partikel so eng miteinander verbunden sind, dass sie als ein einziges System fungieren, egal wie groß der Abstand zwischen den beiden Partikeln sein mag.
SIEHE AUCH: STUDIE BESTÄTIGT GLOBALE QUANTUMKOMMUNIKATION IST EINE MÖGLICHKEIT
Das Problem bei optischen Quantensystemen, die auf Photonen beruhen, besteht darin, dass die Komponenten, die Informationen verarbeiten und speichern, Photonen mit sichtbarem Licht benötigen, die Glasfaserkabel, die die Informationen übertragen, jedoch Licht im nahen Infrarot benötigen - dessen Wellenlänge fast zehnmal größer ist.
Wissenschaftler des Nationalen Instituts für Standards und Technologie NIST scheinen eine geniale Lösung für dieses Problem unter Verwendung eines bekannten physikalischen Phänomens gefunden zu haben, das als „ Flüstergalerie ”als Inspiration.
Erstellen eines optischen Flüsterns
In einer akustischen Umgebung, in der die Wände auf jeder Seite eine perfekt gekrümmte Oberfläche bilden, können sich Schallwellen weitgehend ungehindert ausbreiten, sodass eine Person, die an einer Position entlang der Wand steht, den leisesten Schall von einem anderen Teil der Wand hören kann.
Diese als Flüstergalerien bekannten Strukturen sind für einige der bekanntesten architektonischen Stätten der Welt verantwortlich.
NIST-Forscher, Xiyuan Lu, Kartik Srinivasan und ein Team des NanoCenter der University of Maryland im College Park - wer beschrieben ihre Arbeit in der Zeitschrift Naturphysik - haben verschränkte Photonenpaare aus Photonen mit sichtbarem Licht und nahem Infrarot mit leicht massenproduzierten optischen Komponenten auf Chipbasis erzeugt.
Sie haben dies erreicht durch Erstellen speziell entwickelte optische „Flüstergalerien“, in denen ein Pumplaser in einen ringförmigen Resonator eindringt und sich durch den Ring dreht, entstehen zwei verschränkte Photonen: ein Photon mit sichtbarem Licht und ein Photon mit nahem Infrarot.
„Wir wollten Photonen mit sichtbarem Licht, die gut zum Speichern von Informationen in atomaren Systemen geeignet sind, und Telekommunikationsphotonen, die sich im nahen Infrarot befinden und sich gut durch optische Fasern mit geringem Signalverlust bewegen können, miteinander verbinden“, sagte Srinivasan.Dies gibt denjenigen, die optische Quantenkommunikationssysteme entwickeln möchten, die idealen verschränkten Teilchen, mit denen sie arbeiten können. Noch wichtiger ist, dass sie dies auf skalierbare Weise tun können.
„Wir haben herausgefunden, wie diese flüsternden Galerieresonatoren so konstruiert werden können, dass sie eine große Anzahl der gewünschten Paare mit sehr wenig Hintergrundgeräuschen und anderem Fremdlicht erzeugen“, sagte Lu.
Zukunftsversprechen für verschränkte Erinnerung
Der vielversprechendste Aspekt dieser Technik ist das Potenzial für einen sogenannten Verschränkungsaustausch. Hier werden zwei Paare verschränkter Teilchen mit zwei Einheiten des Quantenspeichers verbunden, die Verschränkung der Paare wird an die Speicher weitergegeben und miteinander verbundenüber weite Strecken, was vorher undenkbar war.
"Unser Beitrag bestand darin, herauszufinden, wie eine Quantenlichtquelle mit den richtigen Eigenschaften hergestellt werden kann, die eine solche Fernverschränkung ermöglichen", sagte Srinivasan .