Ερευνητές από τα Πανεπιστήμια του Πάντερμπορν, της Βασιλείας και του Ρουρ στο Μπόχουμ πέτυχαν σημαντική πρόοδο στις κβαντικές επικοινωνίες. Στη μελέτη τους, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters, παρουσιάζουν τη χρήση ειδικών ημιαγωγικών νανοδομών για την παραγωγή μεμονωμένων φωτονίων και ζευγών φωτονίων που είναι σχεδόν απόλυτα ταυτόσημα.
Η διαδικασία διάσπασης διεπικτονίου
Στην κβαντική επεξεργασία πληροφοριών, τα φωτόνια αποτελούν ιδανικούς φορείς δεδομένων, αλλά πρέπει να διαθέτουν τις ίδιες ιδιότητες (μη διακρισιμότητα). Μέχρι σήμερα, οι διαθέσιμες πηγές παρήγαγαν φωτόνια με χρονικές συσχετίσεις, γεγονός που μειώνε την ποιότητά τους.
Η ερευνητική ομάδα έλυσε το πρόβλημα αξιοποιώντας τη διάσπαση διεπικτονίου σε κβαντικές κουκκίδες ημιαγωγών εντός οπτικού κοίλου.
«Η λεγόμενη καταρράκτης διεπικτονίου σε μια κβαντική κουκκίδα ημιαγωγού εκπέμπει φωτόνια με το πάτημα ενός κουμπιού, τα οποία παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον για σύγχρονες εφαρμογές», εξήγησε ο κύριος συγγραφέας Τίμον Μπάλτισμπεργκερ από το Πανεπιστήμιο της Βασιλείας.
Παραγωγή ταυτόσημων φωτονίων
Με την ενσωμάτωση της κβαντικής κουκκίδας σε ειδικό οπτικό κοίλο, οι επιστήμονες επιτάχυναν και έλεγξαν τη διαδικασία εκπομπής φωτός. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα την παραγωγή φωτονίων με ποσοστό μη διακρισιμότητας που φτάνει το 90%, έναντι μόλις 60% χωρίς τη χρήση του κοίλου.
«Τα αποτελέσματα δείχνουν εξαιρετική συμφωνία με τη θεωρητική πρόβλεψη και δείχνουν τον δρόμο για την παραγωγή φωτονίων με ακόμη υψηλότερη μη διακρισιμότητα», δήλωσε ο καθηγητής Ρίτσαρντ Γουόρμπερτον.
Ρύθμιση καθαρότητας και προοπτικές
Η συνεργασία με τον Δρ. Άρνε Λούντβιχ από το Πανεπιστήμιο του Ρουρ στο Μπόχουμ προσέφερε βαθύτερη κατανόηση των φυσικών μηχανισμών. Η καθαρότητα των φωτονίων μπορεί να βελτιστοποιηθεί μέσω του συντονιστή και περιορίζεται μόνο από τις δονήσεις στο κρυσταλλικό πλέγμα του ημιαγωγού.
Όσο πιο πανομοιότυπα και καθαρά είναι τα φωτόνια, τόσο χαμηλότερο είναι το ποσοστό σφάλματος στην επεξεργασία δεδομένων, καθιστώντας τις κβαντικές κουκκίδες μια υποσχόμενη τεχνολογία για τη μαζική παραγωγή τους.
