ساخت دستگاهی که به ساده ‌سازی فناوری‌های اطلاعات کوانتومی کمک می‌کند

دانشمندان دستگاهی ساخته اند که تقریباً یک سوم به ضخامت یک سکه است است که می تواند شبکه های پیچیده ای از فوتون های درهم تنیده را تولید کند که به صورت چندین جفت به هم مرتبط هستند.

به گزارش تک ناک، این اختراع نه تنها ممکن است تنظیمات مورد نیاز برای فناوری کوانتومی را تا حد زیادی ساده کند، بلکه به پشتیبانی از برنامه های پیچیده کوانتومی نیز کمک می کند.

تجهیزاتی که درهم تنیدگی کوانتومی را ایجاد می‌کنند، اغلب حجیم و بزرگ هستند و فوتون‌های درهم‌تنیده را هر بار فقط یک جفت تولید می‌کنند.یک راه متداول برای تولید فوتون های درهم تنیده، تابش یک پرتو نور به یک “کریستال غیرخطی” مخصوص است. این کریستال ها هر کدام می توانند یک فوتون را به دو فوتون درهم تنیده با انرژی کمتر و طول موج بلندتر تقسیم کنند.

ماریا چخووا، نویسنده ارشد این مطالعه، فیزیکدان مؤسسه ماکس پلانک می‌گوید: تکنیک‌های مرسوم برای تولید فوتون‌های درهم‌تنیده انعطاف‌پذیر نیستند . آنها جفت‌هایی از فوتون‌ها را فقط در محدوده‌های مشخصی از طول موج‌ها تولید می‌کنند که معمولاً بسیار باریک هستند. این پهنای باند باریک می تواند نرخ ارتباط را محدود کند.

چخوا می‌افزاید، علاوه بر این، روش‌های استاندارد برای تولید فوتون‌های درهم‌تنیده، بسیاری از خواص فوتون‌های درهم‌تنیده، مانند طول موج و قطبش آن‌ها را دیکته می‌کنند. او توضیح می‌دهد که اگر کسی بخواهد این ویژگی‌ها را بیشتر دستکاری کند، تجهیزات بیشتری لازم است.
علاوه بر این، کریستال های غیر خطی اغلب حجیم هستند. حجم بزرگ این کریستال ها می تواند برای انجام فرایند هایی که نیاز به فوتون های درهم تنیده زیادی دارند، دست و پا گیر باشد. ایگال برنر، نویسنده ارشد این مطالعه، ، می‌گوید: یک منبع محاسبات کوانتومی به ده‌ها یا صدها کریستال حجیم نیاز دارد. به جای آزمایشگاهی پر از کریستال ها، عدسی ها، آینه ها، فیلترها و سایر تجهیزات برای تولید فوتون های درهم تنیده، اکنون دانشمندان دریافته اند که دستگاه هایی با ضخامت تقریباً نیم میلی متری کافی است. این دستگاه ها متاسطحی هستند یعنی سطوحی پوشیده از ستون ها هستند.
برنر می‌گوید: ما فقط باید یک یا چند لیزر را روی یک نمونه صاف متمرکز کنیم و بقیه کار توسط متاسطح انجام می‌شود.
متاسطح ها هر کدام از یک سطح شیشه ای به ضخامت 500 میکرومیلی متر تشکیل شده اند که با ساختارهای آرسنید گالیم پوشیده شده است که هر کدام شبیه مکعب هایی به عرض تقریباً 300 نانومتر با بریدگی های سطحی هستند.روشی که در آن ترکیب، ساختار و محل قرارگیری نانوساختارهای هر متاسطح طراحی شده است، می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا بسیاری از ویژگی‌های نوری که به دستگاه‌ها می‌تابد را کنترل کنند.

تابش پرتو لیزر به این فراسطح ها می تواند منجر به ظهور فوتون های درهم تنیده شود. برنر می‌گوید: در اصل یک فراسطح منفرد می‌تواند چندین نوع جفت فوتون درهم‌تنیده ایجاد کند. ایجاد حالت‌های کوانتومی پیچیده‌تر با استفاده از چندین جفت فوتون می‌تواند به راه‌های جدید یا کارآمدتری برای انجام محاسبات کوانتومی، سنجش، رمزگذاری و غیره منجر شود.
برنر می‌گوید به‌علاوه، فراسطح‌ها می‌توانند طیفی از ویژگی‌های فوتون‌های درهم تنیده را دستکاری کنند، اما ما هنوز آن درجه آزادی را کشف نکرده‌ایم. فرصت‌ها بسیار زیاد است و ما به تازگی سطح را خراشیده‌ایم.
در حال حاضر راندمان این فراسطح ها پایین است. چخوا می‌گوید: ما نرخی کمتر از یک جفت در ثانیه داشتیم و کریستال‌های استاندارد صدها هزار جفت فوتون در ثانیه می‌دهند. با این حال، او خاطرنشان می کند، تغییرات بیشتر دستگاه ها ممکن است کارایی را حداقل هزار برابر افزایش دهد.