Квантовая технология, основанная на свете (фотонах), называется квантовой фотоникой, а электроника основана на электронах. Фотоны (легкие частицы) и электроны по-разному ведут себя на квантовом уровне. Квантовая сущность — это самая маленькая единица в микроскопическом мире. Например, фотоны являются основной составляющей света и электронов электрического тока.
Электроны — это так называемые фермионы, и их легко изолировать, чтобы проводить ток по одному электрону за раз. В отличие от фотонов, это бозоны, которые предпочитают собираться вместе.
Но поскольку информация для квантовой связи на основе фотоники закодирована в одном фотоне, необходимо излучать и отправлять их по одному.Повышенная информационная емкость
Информация, основанная на фотонах, имеет большие преимущества; фотоны очень слабо взаимодействуют с окружающей средой — в отличие от электронов, поэтому фотоны не теряют много энергии на своем пути и, следовательно, могут быть отправлены на большие расстояния. Таким образом, фотоны очень хорошо подходят для переноса и распространения информации, и квантовая сеть, основанная на фотонах, сможет кодировать гораздо больше информации, чем это возможно с помощью современных компьютерных технологий, и эту информацию невозможно будет перехватить в пути.Многие исследовательские группы по всему миру интенсивно работают в этой области исследований, которая быстро развивается, и фактически начинают производиться первые коммерческие продукты квантовой фотоники.Контроль фотонов
Необходимым условием для квантовых сетей является способность создавать поток одиночных фотонов по запросу, и исследователям из Института Нильса Бора удалось сделать именно это.«Мы разработали фотонный чип, который действует как фотонная пушка.
Фотонный чип состоит из чрезвычайно маленького кристалла шириной 10 микрон (один микрон составляет тысячную долю миллиметра) и толщиной 160 нанометров (1 нанометр составляет тысячную долю микрона) .В середине чипа встроен источник света, который представляет собой так называемую квантовую точку.Освещение квантовой точки лазерным светом возбуждает электрон, который затем может прыгать с одной орбиты на другую и, таким образом, излучать по одному фотону за раз. Фотоны обычно излучаются во всех направлениях, но фотонный чип спроектирован таким образом, что все фотоны отправляются через фотонный волновод », — объясняет Питер Лодаль, профессор и руководитель исследовательской группы квантовой фотоники в Институте Нильса Бора, Университет Копенгагена. .В ходе долгого и трудоемкого процесса исследовательская группа доработала и протестировала фотонный чип, пока он не достиг чрезвычайной эффективности, и Питер Лодаль объясняет, что было особенно удивительно, что они смогли заставить излучение фотонов происходить таким образом, который ранее считался невозможным. Обычно фотоны передаются в фотонном волноводе в обоих направлениях, но в своем изготовленном на заказ фотонном чипе они могут нарушить эту симметрию и заставить квантовую точку различать испускание фотона вправо или влево, что означает испускание направленных фотонов.
Это означает полный контроль над фотонами, и исследователи начинают изучать, как построить полные квантовые сетевые системы на основе нового открытия.«Фотоны могут быть отправлены на большие расстояния по оптическим волокнам, где они проносятся по волокнам с очень небольшими потерями. Вы можете потенциально построить сеть, в которой фотоны соединяют небольшие квантовые системы, которые затем объединяются в квантовую сеть — a квантовый Интернет », — объясняет Питер Лодаль.
Он добавляет, что, хотя первые базовые функции уже стали реальностью, сейчас большая задача состоит в том, чтобы расширить их до больших и сложных квантовых сетей.