Internet kwantowy

Urządzenie nazywane komputerem kwantowym nadal pozostaje w sferze marzeń miłośników gadżetów. Naukowcy związani z technologiami informacyjnymi, czy fizyką materii skondensowanej robią coraz większe postępy w opisie teoretycznym, symulacji oraz kontroli zjawisk, które mogą być wykorzystane przy konstrukcji takiego komputera. Naukowcy z Politechniki w Eindhoven pracują nad technikami, które mogłyby umożliwić komunikację pomiędzy komputerami kwantowymi, poprzez kontrolę pojedynczych kwantów promieniowania elektromagnetycznego- fotonów.

Komputery, tablety i wszystkie inne powszechnie używane urządzenia elektroniczne wykorzystują – jak sama ich nazwa wskazuje – elektrony. Prąd elektryczny, którego są nośnikami, jest konieczny do działania układów scalonych, wykonujących skomplikowane operacje logiczne. Działanie komputera kwantowego, ma polegać na przenoszeniu nie samych elektronów, a tylko ich stanu kwantowego[1]. Jeżeli zatem chcemy aby dwie jednostki komunikowały się na duże odległości, musimy mieć możliwość przenoszenia spinów bez udziału materii. Z pomocą przychodzą fotony. Warunkiem koniecznym do skutecznego przekazywania informacji jest określony ,,kształt’’ fotonów, a konkretnie- symetria ich energii w czasie. Naukowcy z Eindhoven w artykule[2] opublikowanym w Nature Communications, opisują wykorzystanie do tego celu kropki kwantowej wbudowanej w kryształ fotoniczny.

Kropka kwantowa to nanokryształ zbudowany z półprzewodnika, którego rozmiary są na tyle małe, że wykazuje naturę kwantową[3]. Kryształ fotoniczny jest analogią zwyczajnych kryształów, w których periodyczny potencjał pochodzący od jąder atomowych sprawia, że powstają pasma energetyczne, w których dozwolony jest ruch elektronów. W krysztale fotonicznym, periodycznie występujące obszary o różnych współczynnikach załamania światła, mogą ograniczać energie dostępne dla fotonów. Poprzez modulację  ultraszybkich (krótszych niż czas życia ekscytonu) impulsów elektrycznych dostarczanych do ubytku w krysztale fotonicznym, autorzy artykułu mogli kontrolować kształt emitowanych przez kropkę kwantową fotonów. Dzięki takiej kontroli, pojawia się możliwość przekazywania stanu kwantowego pomiędzy materią a światłem, niezbędna do produkcji wydajnych interfejsów kwantowych i pamięci spinowych.

  1. Konkretnie- spinu, czyli wewnętrznego momentu pędu, który posiadają cząstki elementarne, hadrony i jądra atomowe.
  2. F. Pagliano, Y.Cho, T. Xia, F. van Otten, R.Johne & A. Fiore, Dynamically controlling the emission of single excitons in photonic crystal cavities, Nature Communications 5, 2786, (2014)
  3. Ruch ekscytonów (par elektron-dziura), jest ograniczony w 3 wymiarach przestrzennych, przez co poziomy energetyczne są takie jak dla cząstki w pudle potencjału.
  4. http://www.technology.org/2014/12/16/control-shape-light-particles-opens-way-quantum-internet/

Opracował: Szczepan Głodzik

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*