هوائي النانو يتيح الاتصالات الكمومية المتقدمة وتخزين البيانات

قام باحثون في جامعة أوساكا، بالتعاون مع شركاءهم، بتصنيع هوائي نانو يمكن أن يكون له تأثير كبير على الاتصالات الأمنة على مسافات طويلة.

نشرت الدراسة الحديثة في Applied Physics Express.

حسّن الفريق بشكل كبير من تحويل الفوتون إلى إلكترون من خلال هيكل نانوي معدني، مما سيسهم في تطوير التكنولوجيا لمشاركة البيانات ومعالجتها.

نقل المعلومات الكمومية على مسافات طويلة

由于 المعلومات الكلاسيكية في الحواسيب تعتمد على قراءات بسيطة من النوع على/إيقاف، فإنها سهلة الاستخدام مع تقنية تسمى المكرر لتعزيز المعلومات ونقلها على مسافات طويلة. ومع ذلك، فإن المعلومات الكمومية أكثر تعقيدا وتعتمد على قراءات أمنية، مثل دوران الإلكترون.

الصناديق النانوية شبه الموصلية، أو النقاط الكمومية، هي مواد يبحث فيها الباحثون لخزن ونقل المعلومات الكمومية. ومع ذلك، فإن تقنيات المكرر الكمومي محدودة بطرق مختلفة، بما في ذلك النهج الحالي لتحويل المعلومات القائمة على الفوتون إلى معلومات قائمة على الإلكترون. هذا العملية غير فعالة للغاية، لذلك قام فريق الباحثين بالبحث عن طرق جديدة للتغلب على هذه المشكلة.

هوائي النانو

ريو فوكاي هو المؤلف الرئيسي للدراسة.

“كفاءة تحويل الفوتونات المفردة إلى إلكترونات مفردة في النقاط الكمومية من الغاليوم والأرسين — المواد الشائعة في أبحاث الاتصالات الكمومية — منخفضة للغاية حاليا”، يقول فوكاي. “لذلك، قمنا بتصميم هوائي نانو — يتكون من حلقات متحدة المركز من الذهب — لتركيز الضوء على نقطة كمومية مفردة، مما يؤدي إلى قراءة جهد من جهازنا”.

أحد النتائج المثيرة في هذه الدراسة هو أن الفريق كان قادرا على تعزيز امتصاص الفوتونات بمعامل يصل إلى 9 عند مقارنته بلا استخدام هوائي النانو. لم تتم إزالة معظم الإلكترونات المولدة ضوئيا عندما تم تضيء نقطة كمومية مفردة. بدلا من ذلك، تراكمت في الشوائب أو مواقع أخرى في الجهاز.

أعطت الإلكترونات الزائدة قراءة جهد دقيقة يمكن تمييزها عن تلك التي تم توليدها بواسطة إلكترونات النقطة الكمومية. كل هذا يعني أن قراءة الجهاز المقصودة لم تتعرض للانقطاع.

أكيرا أويوا هو المؤلف الرئيسي للبحث.

“تشير المحاكاة النظرية إلى أننا يمكن أن نحسن من امتصاص الفوتون بمعامل يصل إلى 25″، يقول أويوا. “تحسين محاذاة مصدر الضوء وتصنيع هوائي النانو بدقة أكبر هي اتجاهات بحث جارية في مجموعتنا”.

تساهم هذه الأبحاث الجديدة في تقدم الاتصالات الكمومية وشبكات المعلومات. يمكن أن تؤدي إلى تطوير أنواع جديدة من التكنولوجيا الكمومية مع تطبيقات محتملة في أمان المعلومات ومعالجة البيانات.