İnqrid Fadelli , Phys.org tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kriogen ölçmələr üçün quraşdırılmış telekommunikasiya kvant nöqtəsi çipi. Cihaz, telekommunikasiya O-zolaqında yüksək dərəcədə əlaqəli tək fotonların generasiyasına və yönləndirilməsinə imkan verən nanofotonik dövrəyə yerləşdirilmiş elektriklə idarə olunan kvant nöqtələrini ehtiva edir. Mənbə: Marcus Albrechtsen/ Niels Bohr İnstitutu, Kopenhagen Universiteti.

Kvant mexaniki effektlərindən istifadə edərək müəyyən funksiyaları yerinə yetirən cihazlar olan kvant texnologiyaları tezliklə bəzi tapşırıqlarda klassik həmkarlarından daha yaxşı nəticə göstərə bilər. Kvant emitentləri, yəni fərdi işıq hissəciklərini (yəni fotonları) buraxan cihazlar, kvant rabitə sistemləri və kvant kompüterləri də daxil olmaqla, bu texnologiyaların bir çoxunun mərkəzi komponentləridir.

Kvant texnologiyalarının etibarlı işləməsini təmin etmək üçün emitentlər yüksək tutarlılıq və uzlaşma ilə fotonlar buraxmalıdırlar. Başqa sözlə, onlar buraxılan fotonların kvant xüsusiyyətlərinin sabit və proqnozlaşdırıla bilən qalmasını təmin etməlidirlər.

Kopenhagen Universitetinin Nils Bor İnstitutu, Ruhr-Boxum Universiteti, Bazel Universiteti və Sparrow Quantum ApS tədqiqatçıları bu yaxınlarda kvant nöqtələrinə əsaslanan yeni bir foton emitter hazırladılar. Bu kiçik strukturlar məhdud bölgələrdə elektronları tuta və fərdi fotonların idarə olunan emissiyasını təmin edə bilər.

Onların hazırladıqları cihaz, Nature Nanotechnology jurnalında dərc olunmuş bir məqalədə təqdim olunur və telekommunikasiya O-diapazonunda işləyir, buna görə də mövcud rabitə sistemləri ilə birbaşa uyğun gəlir. Bu o deməkdir ki, potensial olaraq genişmiqyaslı kvant rabitə sistemlərinin və hətta kvant internetinin hazırlanması üçün istifadə edilə bilər.

“Motivasiya, aparıcı kvant işıq mənbəyini artıq necə miqyaslanacağını bildiyimiz optik texnologiya ilə əlaqələndirmək idi”, – məqalənin ilk müəllifi Markus Albrechtsen Tech Xplore-a bildirib.

“Xüsusilə, kvant nöqtələri əla emitentlərdir, lakin ən yaxşıları tarixən telekommunikasiya və silikon fotonika ilə uyğun olmayan dalğa uzunluqlarında işləyirdi. Biz kvant-koherent kvant nöqtələrini birbaşa orijinal telekommunikasiya diapazonunda (1300 nm ətrafındakı sözdə O-zolaq) istəyirdik.”Telekom kvant nöqtələrini öyrənmək üçün istifadə edilən eksperimental qurğu. Kvant nöqtəli cihaz təxminən 4 kelvində kriogen qurğuda ölçülür və rezonans həyəcanı və tək foton ölçmələri üçün istifadə edilən optik masa ilə əlaqələndirilir. Mənbə: Marcus Albrechtsen/ Niels Bohr İnstitutu, Kopenhagen Universiteti.

Koherent kvant nöqtə əsaslı telekommunikasiya emitentləri

Bu son tədqiqat Niels Bor İnstitutu, Ruhr Universiteti Boxum və Bazel Universitetinin alimləri arasında uzunmüddətli əməkdaşlıqdan irəli gəlib. Onun əsas məqsədi, adətən koherentliyi pozan və yayılan fotonların kvant vəziyyətlərini pozan səs-küy (yəni, istənməyən ətraf mühit pozuntuları) yaratmadan, telekom dalğa uzunluqlarında fotonların yayılmasını təmin etmək idi.

Albrechtsen bildirib ki, “Bohumdakı maddi irəliləyiş, sonradan fotonları parçalayacaq maddi qüsurlar yaratmadan kvant nöqtələrinin üstündə gərginliyi azaldan təbəqə yetişdirmək idi”.

“Niels Bohr İnstitutunun təmizlik otağında qabaqcıl nanofabrikasiyadan istifadə edərək, bu nümunələr kristalların daxili yüksək keyfiyyətindən ödün vermədən elektrik nəzarəti ilə kvant fotonik dövrələrə çevrildi. Daha sonra nümunələri optik laboratoriyalarda Kopenhagendəki xüsusi kriostansiyadan istifadə edərək ultra soyuq -269°C mühitdə və ya mütləq sıfırdan cəmi 4 dərəcə yuxarıda 4 Kelvində ölçdük.”

Kvant nöqtələri, əsasən, yarımkeçirici materiallardan hazırlanmış çipdə yerləşən kiçik süni atomlardır. Həqiqi atomlar kimi, bu kiçik strukturların da öz diskret enerji vəziyyətləri var və həyəcanlana və ya rahatlana bilər.

Albrechtsen izah etdi: “Biz bu nöqtələrin ətrafında cihazlar hazırlayırıq və onların üzərinə lazer yönəldirik ki, bu da nöqtələrin həyəcanlanmasına səbəb olur”.

“Qısa müddətdən sonra onlar parçalanaraq ətrafdakı nanofotonik dalğaötürücü strukturuna tam olaraq tək bir foton buraxırlar. Cihazların elektrik nəzarəti yavaş səs-küyü sabitləşdirməyə imkan verir ki, arxa-arxaya fotonlar demək olar ki, eyni olsun.”

Komandanın cihazında fərdi kvant nöqtələri sözdə pin diodunda yerləşir . Bu, üç təbəqədən (yəni, p-tipli yarımkeçirici, daxili, lehimlənməmiş yarımkeçirici bölgə və n-tipli yarımkeçirici) ibarət bir cihazdır və əks halda fotonların enerjisini bir emissiya hadisəsindən digərinə keçirəcək yaxınlıqdakı elektrik yüklərini sabitləşdirir.

Albrechtsen bildirib ki, ” Biz nöqtələr ətrafında fotonik kristal dalğa bələdçisi hazırlayırıq . Bu, dalğa bələdçisinə tək foton emissiyasını (Purcell effekti kimi tanınan bir proses) artırır, qalıq səs-küyün prosesi poza biləcəyi zaman pəncərəsini azaldır və kvant tətbiqləri üçün tək fotonu yönləndirməyə və manipulyasiya etməyə imkan verir.”

Albrechtsen və həmkarları tərəfindən yaradılan yeni foton emitenti, kvant koherentliyini qoruyub saxlayarkən və birbaşa telekommunikasiya dalğa uzunluqlarında işləyərkən parlaq fotonların emissiyasını təmin edir. Bu üç xüsusiyyətin kombinasiyasına indiyə qədər nail olmaq çətin idi və böyük kvant rabitə sistemlərinin inkişafı üçün çox faydalı ola bilər.

Albrechtsen bildirib ki, “Biz O-zolaqda kvant nöqtələrini əsas ömür limitindən cəmi 8% daha geniş emissiya xətləri ilə nümayiş etdiririk”.

“Bu o deməkdir ki, dalğaötürənə saniyədə 40 milyondan çox tək foton göndərildikdə, bir neçə saniyə ərzində onların ən azı 92%-i eynidir. Bu, kvant koherentliyidir və bu cür foton-maddə interfeyslərinin praktik tətbiqi üçün çox vacibdir.”

Kvant internetinin inkişafına töhfə

Bu son tədqiqat kvant rabitə sistemlərinin inkişafı və hətta kvant internetinin reallaşdırılması üçün yeni maraqlı imkanlar aça bilər.

Tədqiqatın baş tədqiqatçısı Leonardo Midolo izah etdi: “İndiyə qədər yayılan fotonlar yalnız eyni fotonlardan istifadə etmək üçün süzülürdü, lakin bu, əhatə dairəsini və istifadə rahatlığını məhdudlaşdıran yüksək səmərəlilik qiymətləri ilə müşayiət olunurdu”.

“İndi kvant nöqtələrinin tam gücü istifadəyə verilib və bu da onları telekommunikasiya infrastrukturu və miqyaslana bilən tətbiqlər üçün imkanlarla uyğunlaşdırır. Bu, tezlik çevrilməsi olmadan kvant koherent emitentləri aşağı itkili liflər və silikon fotonika ilə birləşdirir.”

Tədqiqatçılar tərəfindən hazırlanmış cihaz, böyük təhlükəsiz rabitə sistemləri və yüksək dəqiqlikli sensor texnologiyaları da daxil olmaqla, miqyaslana bilən kvant-fotonik sistemlər yaratmaq üçün istifadə edilə bilər. Bundan əlavə, xətaya davamlı kvant kompüterləri (yəni, səs-küyə qarşı davamlı və minimal səhvlər yaradan kvant hesablama sistemləri) yaratmaq üçün digər komponentlərlə inteqrasiya edilə bilər.

Midolo bildirib ki, “Növbəti addım bir əla emitterdən daha mürəkkəb fotonik inteqral sxemlərə keçməkdir”.

“Biz eyni çipdə rezonansa uyğunlaşdırılmış və aşağı itkili optik dövrələr ilə birləşdirilmiş birdən çox telekommunikasiya kvant nöqtəsi istəyirik. Burada telekommunikasiya diapazonu əməliyyatının əsas üstünlüyü son iki onillikdə əsasən hazırlanmış silikon-izolyator üzərində fotonik inteqral sxemlərlə birbaşa uyğunluqdur.”

Növbəti tədqiqatlarının bir hissəsi olaraq, Midolo və həmkarları dizaynlarını genişləndirməyi və çoxsaylı kvant nöqtə əsaslı foton emitterlərini inteqrasiya etməyi planlaşdırırlar. Bu, kvant internetinin gələcəkdə reallaşması üçün perspektivli ola biləcək yeni dolaşıqlığa əsaslanan kvant rabitə protokollarının tətbiqinə imkan verə bilər.

Midolo dedi: “Məqalədə biz emissiyanı geniş diapazonda tənzimləyirik ki, bu da təbii istehsal fərqlərinə baxmayaraq bir neçə kvant nöqtəsinin uyğunlaşdırılması üçün vacibdir”.

“Gələcək istiqamətlərə kvant məlumatlarını yönləndirmək və emal etmək üçün ultra aşağı itkili fotonik çiplər təklif edən silikon fotonika ilə heterojen inteqrasiya daxil olacaq . Məsələn, bu texnologiyalar mikroköçürmə çapı və ya lövhə yapışdırılması ilə birləşdirilə bilər.”

“Əslində, kvant nöqtələrinin yerli ana materialı olan qallium arsenid özü fotonik inteqral sxemlər üçün əla materialdır və bu telekommunikasiya dalğa uzunluqlarında onun itkisi indiyə qədər ən yaxşı kvant nöqtələrinin işlədiyi yaxın infraqırmızı dalğa uzunluqları ilə müqayisədə daha aşağıdır.”

Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmişdir — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik 
ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq 
reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .