Internetul cuantic ar putea fi atins cu nanostructuri de diamant

Materialele din diamant sunt de mare importanță pentru tehnologiile viitoare, cum ar fi Internetul cuantic. Centrele speciale pot fi utilizate ca biți cuantici (qubiți) și emit particule de lumină unice care sunt denumite fotoni unici.

Pentru a permite transmisia de date cu rate de comunicare fezabile pe distanțe lungi într-o rețea cuantică, toți fotonii trebuie colectați în fibre optice și transmiși fără a fi pierduți. De asemenea, toți acești fotoni trebuie să aibă aceeași culoare, adică aceeași frecvență. Îndeplinirea acestor cerințe a fost imposibilă până acum.

• Ce s-ar putea ascunde sub vulcanii de pe Marte?
• Oamenii de știință ar fi găsit „Sfântul Graal” al computerelor cuantice

Cercetătorii din grupul „Integrated Quantum Photonics”, condus de prof. dr. Tim Schröder, de la Humboldt-Universität zu Berlin (Germania) au reușit pentru prima dată la nivel mondial să genereze și să detecteze fotoni cu frecvențe stabile emiși din surse de lumină cuantică sau, mai precis, din centrele defective de azot din nanostructurile de diamant, scrie Phys.org.

Cu un pas mai aproape de Internetul cuantic

Acest lucru a fost posibil prin alegerea cu grijă a materialului de diamant: au fost folosite metode sofisticate de nanofabricare efectuate la Joint Lab Diamond Nanophotonics din cadrul Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik; și protocoale specifice de control experimental. Prin combinarea acestor metode, zgomotul electronilor, care anterior perturba transmisia de date, poate fi redus semnificativ, iar fotonii sunt emiși la o frecvență stabilă (de comunicare).

În plus, cercetătorii de la Berlin arată că ratele actuale de comunicare între sistemele cuantice separate spațial pot fi mărite prospectiv de peste 1.000 de ori cu ajutorul metodelor dezvoltate, un pas înainte important către Internetul cuantic.

Oamenii de știință au integrat qubiți individuali în nanostructuri optimizate de diamant. Aceste structuri sunt de 1.000 de ori mai subțiri decât un fir de păr uman și fac posibilă transferarea fotonilor emiși într-o manieră direcționată în fibre de sticlă.

Cu toate acestea, în timpul fabricării nanostructurilor, suprafața materialului este deteriorată la nivel atomic, iar electronii liberi creează un zgomot incontrolabil pentru particulele de lumină generate. Zgomotul, comparabil cu o frecvență radio instabilă, provoacă fluctuații ale frecvenței fotonului, împiedicând operațiunile cuantice de succes, cum ar fi inseparabilitatea.

De ce a fost ales diamantul?

O caracteristică specială a materialului de diamant utilizat este densitatea relativ mare a atomilor de impurități de azot din rețeaua cristalină. Aceste impurități probabil protejează sursa de lumină cuantică de zgomotul de electroni de la suprafața nanostructurii.

„Cu toate acestea, procesele fizice exacte trebuie studiate mai detaliat în viitor”, explică Laura Orphal-Kobin, care investighează sistemele cuantice împreună cu prof. dr. Tim Schröder.

Lucrarea este publicată în revista Physical Review X.

Vă recomandăm să citiți și:

Pielea artificială inspirată de calmari poate rezista la temperaturi extreme

Deșeurile rezultate din fabricarea berii ar putea fi folosite pentru stocarea energiei

Astrofizicienii „cântăresc” roiurile de galaxii cu ajutorul Inteligenței Artificiale

China vrea să construiască cel mai mare detector de neutrini din lume