Ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις κατασκεύασε το μη γραμμικό της σύστημα χρησιμοποιώντας μια νανοφωτονική πλατφόρμα ινδίου-γαλλίου-φωσφιδίου (scitechdaily.com)
Η τηλεμεταφορά δεν είναι πλέον απλώς επιστημονική φαντασία.
Oι επιστήμονες βρήκαν έναν τρόπο να στέλνουν πληροφορίες πιο καθαρά και αποτελεσματικά από ποτέ.
Χρησιμοποιώντας ένα απίστευτα μικροσκοπικό υλικό που ονομάζεται νανοφωτονική πλατφόρμα, οι ερευνητές βελτίωσαν σημαντικά την ποιότητα με την οποία μπορούν να ταξιδέψουν… οι κβαντικές πληροφορίες, ακόμη και με μεμονωμένα σωματίδια φωτός.
Αυτή η ανακάλυψη σημαίνει (σύμφωνα με δημοσίευμα του scitechdaily.com) ότι η τηλεμεταφορά θα μπορούσε μια μέρα να αποτελέσει μέρος των δικτύων επικοινωνίας του πραγματικού κόσμου, ανοίγοντας την πόρτα σε ένα μέλλον όπου οι πληροφορίες διαδίδονται γρήγορα στο διάστημα με τρόπους που κάποτε θεωρούνταν αδύνατοι.
Μη Γραμμική Οπτική: Το Κλειδί για την Κβαντική Επικοινωνία
Για χρόνια, οι ερευνητές γνώριζαν ότι η χρήση μη γραμμικών οπτικών διεργασιών θα μπορούσε να κάνει τα κβαντικά συστήματα επικοινωνίας πιο αξιόπιστα και ανθεκτικά σε ορισμένους τύπους σφαλμάτων.
Τώρα, μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις (Urbana-Champaign), έκανε μια σημαντική ανακάλυψη.
Κατασκεύασε το μη γραμμικό της σύστημα χρησιμοποιώντας μια νανοφωτονική πλατφόρμα ινδίου-γαλλίου-φωσφιδίου, ενισχύοντας σημαντικά την απόδοση.
Η προσέγγισή τους λειτουργεί με πολύ λιγότερο φως, ακόμη και σε μεμονωμένα φωτόνια, τις μικρότερες μονάδες φωτός, προσφέροντας την πρώτη πραγματική οδό για πρακτική κβαντική επικοινωνία με μη γραμμικά οπτικά.
«Τριπλάσιες κβαντικές πληροφορίες»
«Το μη γραμμικό μας σύστημα μεταδίδει κβαντικές πληροφορίες με πιστότητα 94%, σε σύγκριση με το θεωρητικό όριο του 33% σε συστήματα που χρησιμοποιούν γραμμικά οπτικά εξαρτήματα.
Αυτό από μόνο του καταδεικνύει τη δύναμη της κβαντικής επικοινωνίας με μη γραμμικά οπτικά.
Το μεγάλο πρόβλημα που πρέπει να λυθεί είναι η αποτελεσματικότητα.
Χρησιμοποιώντας μια νανοφωτονική πλατφόρμα, είδαμε την αποτελεσματικότητα να αυξάνεται αρκετά ώστε να δείξουμε ότι η τεχνολογία είναι πολλά υποσχόμενη», δήλωσε ο Kejie Fang (καθηγητής ηλεκτρολογίας και μηχανικής υπολογιστών από το Ιλινόις και επικεφαλής του έργου).
Η έρευνα δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Physical Review Letters.
Πώς η Κβαντική Τηλεμεταφορά Αξιοποιεί την Εμπλοκή
Η μετάδοση κβαντικών πληροφοριών μέσω δικτύων διευκολύνεται από το πρωτόκολλο κβαντικής τηλεμεταφοράς.
Σε αυτήν, το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής (κατά την οποία δύο κβαντικά αντικείμενα, συνήθως μεμονωμένα φωτόνια, επηρεάζουν το ένα το άλλο ακόμη και όταν δεν υπάρχει εμφανής φυσική σύνδεση μεταξύ τους), αξιοποιείται για τη μεταφορά κβαντικών πληροφοριών μεταξύ ενός αποστολέα και ενός δέκτη χωρίς να τις μεταδώσει μέσω ενός καναλιού επικοινωνίας.
Το πλεονέκτημα αυτής της διαδικασίας είναι ότι οι επιδράσεις του εξωτερικού θορύβου και των ατελειών του καναλιού μετριάζονται σημαντικά.
Υπάρχουν 2 παράγοντες που περιορίζουν την απόδοση της κβαντικής τηλεμεταφοράς.
1ον, η χρήση τυπικών, γραμμικών οπτικών στοιχείων εισάγει εγγενείς ασάφειες στη μετάδοση.
2ον, τα διεμπλοκμένα φωτόνια κατασκευάζονται με μια ατελή διαδικασία που υπόκειται σε σφάλματα και υπερβολικό θόρυβο.
Μη Γραμμική Οπτική: Μια Λύση για τον Πολυφωτονικό Θόρυβο
«Ο πολυφωτονικός θόρυβος εμφανίζεται σε όλες τις ρεαλιστικές πηγές διεμπλοκής και αποτελεί σοβαρό πρόβλημα για τα κβαντικά δίκτυα.
Η ελκυστικότητα της μη γραμμικής οπτικής έγκειται στο ότι μπορεί να μετριάσει την επίδραση του πολυφωτονικού θορύβου χάρη στην υποκείμενη φυσική, καθιστώντας δυνατή την εργασία με ατελείς πηγές διεμπλοκής», δήλωσε η Elizabeth Goldschmidt (καθηγήτρια φυσικής στο Ιλινόις και συντάκτρια της μελέτης).
Τα μη γραμμικά οπτικά στοιχεία προκαλούν τη συνένωση φωτονίων διαφορετικών συχνοτήτων και τη δημιουργία νέων φωτονίων σε νέες συχνότητες.
Για την κβαντική τηλεμεταφορά, η μη γραμμική διαδικασία που χρησιμοποιείται είναι η «δημιουργία αθροιστικής συχνότητας» (SFG), στην οποία οι συχνότητες δύο φωτονίων προστίθενται για να σχηματίσουν ένα νέο φωτόνιο.
Ωστόσο, τα δύο αρχικά φωτόνια πρέπει να έχουν συγκεκριμένες αρχικές συχνότητες για να συμβεί η διαδικασία.
Βελτίωση αποδοτικότητας με τη δημιουργία αθροιστικής συχνότητας
Όταν χρησιμοποιείται SFG στην κβαντική τηλεμεταφορά, το πρωτόκολλο δεν προχωρά εάν ανιχνευθούν δύο φωτόνια της ίδιας συχνότητας.
Αυτό φιλτράρει τον κύριο τύπο θορύβου στις περισσότερες πηγές διεμπλοκής φωτονίων και επιτρέπει πολύ υψηλότερες πιστότητες τηλεμεταφοράς από ό,τι θα ήταν δυνατό διαφορετικά.
Το κύριο μειονέκτημα είναι ότι η μετατροπή SFG συμβαίνει με πολύ μικρή πιθανότητα, καθιστώντας τη διαδικασία τηλεμεταφοράς εξαιρετικά αναποτελεσματική.
Μελλοντικές εφαρμογές κβαντικών επικοινωνιών
Οι ερευνητές είναι αισιόδοξοι ότι με περαιτέρω ανάπτυξη, η κβαντική τηλεμεταφορά με μη γραμμικά οπτικά στοιχεία μπορεί να γίνει ακόμη πιο αποτελεσματική.
Πιστεύουν ότι θα βρει χρήση σε άλλα πρωτόκολλα κβαντικών επικοινωνιών, συμπεριλαμβανομένης της ανταλλαγής εμπλοκής.
www.worldenergynews.gr
