Нові наноантени забезпечать реалізацію кантових комунікацій на далекі відстані

Нагадаємо нашим читачам, що інформація у класичних комп’ютерах кодується послідовністю 1 та 0, що реалізується за допомогою досить простих електронних методів. Також таке кодування інформації досить простий для створення пристроїв-повторювачів, які посилюють сигнали та дозволяють ретранслювати інформацію на великі відстані. Квантова інформація передається за допомогою більш складних явищ, таких, як поляризація фотонів світла або спин електрона, і для забезпечення передачі квантової інформації на великі відстані потрібні, відповідно, більш складні методи.

Як пристрої, які здатні зберігати та передавати квантову інформацію і які можуть стати основою майбутніх квантових ретрансляторів, вже давно розглядаються так звані квантові точки, мікроскопічні пристрої з напівпровідникових матеріалів. Але практичне використання квантових точок у цих цілях ще далеко від галузі практичного застосування через вкрай низьку ефективність перетворення квантової інформації, укладеної у фотонах, інформацію, укладену в електронах. Але нещодавно, групі дослідників з університету Осакі вдалося збільшити згадану трохи вище ефективність за допомогою металевої наноструктури, свого роду наноантени, що в теорії може суттєво полегшити створення квантових комунікаційних систем та систем розподіленої обробки квантової інформації.

«Ефективність перетворення одиничних фотонів в одиничні електрони у квантових точках з арсеніду галію, широко використовуваного напівпровідникового матеріалу, зараз дуже і дуже низька» — пишуть дослідники, — «Для подолання цього обмеження ми розробили наноантену, що складається з низки крихітних концентрів. свого роду плоску нанолінзу Френеллі, яка дозволяє фокусувати світло на єдиній квантовій точці. Це, своєю чергою, дозволяє отримати електричний сигнал, який піддається зчитуванню, посиленню та подальшій обробці.

Шляхом використання наноантени дослідники досягли дев’ятикратного збільшення процесу поглинання фотонів квантовою точкою. Поява надлишкових електронів вже дала мінімально допустиму напругу, деякі параметри якої були відображенням квантової інформації, що міститься у фотонах.

«Теоретичні розрахунки показують, що використовуючи такий підхід, ми зможемо отримати 25-кратне збільшення ефективності поглинання фотонів», — пишуть дослідники.

Після проведення модернізації технології наноантен, у нашому розпорядженні з’явиться нанофотонний пристрій, який може стати основою майбутніх квантових комунікаційних мереж та обчислювальних пристроїв. І, цілком імовірно, що технології, побудовані на подібних принципах, дозволять нам у майбутньому легко маніпулювати такими абстрактними фізичними поняттями, як квантова заплутаність і стан квантової суперпозиції. Джерело