Nanoantenne muliggør avanceret kvantekommunikation og dataopbevaring

Forskere ved Osaka University, sammen med samarbejdspartnere, har fremstillet en nanoantenne, der kan have store implikationer for ultra-sikker, langdistancekommunikation.

Den seneste studie blev offentliggjort i Applied Physics Express.

Holdet forbedrede væsentligt foton-til-elektron-omdannelse gennem en metalnanostruktur, hvilket vil fremme udviklingen af teknologier til deling og behandling af data.

Overførsel af kvanteinformation over lange afstande

Da klassisk computerinformation er baseret på simple på/af-læsninger, er det ret let at bruge en teknologi kaldet en repeater til at forstærke og overføre information over lange afstande. however, kvanteinformation er mere kompleks og baseret på sikre læsninger, såsom elektronspin. 

Halvleder-nanobokse eller kvantedots er materialer, som forskere har set på for at opbevare og overføre kvanteinformation. Med det sagt er kvanterepeater-teknologier begrænsede på flere måder, herunder den nuværende tilgang til omændring af foton-baseret information til elektron-baseret information. Denne proces er højst ineffektiv, hvilket er grunden til, at holdet af forskere satte sig for at finde nye måder at overvinde dette konverterings- og overførselsproblem.

Nanoantennen

Rio Fukai er hovedforfatter af studiet.

“Effekten af at omdanne enkeltfotoner til enkelt-elektroner i galliumarsenid-kvantedots — almindelige materialer i kvantekommunikationsforskning — er i øjeblikket for lav,” siger Fukai. “Derfor designede vi en nanoantenne — bestående af ultra-små koncentriske ringe af guld — til at fokusere lys på en enkelt kvantedot, hvilket resulterede i en spændingslæsning fra vores enhed.”

En af de imponerende resultater af denne studie er, at holdet kunne forbedre fotonabsorption med en faktor op til 9 i forhold til ikke at bruge nanoantennen. De fleste af de fotogenererede elektroner blev ikke fanget, da en enkelt kvantedot blev belyst. I stedet akkumulerede de i urenheder eller andre steder i enheden. 

De overskydende elektroner gav en minimal spændingslæsning, der kunne skelnes fra den, der blev genereret af kvantedot-elektronerne. Alt dette betyder, at enhedens ønskede læsning ikke blev forstyrret.

Akira Oiwa er seniorforfatter af forskningen.

“Teoretiske simulationer indikerer, at vi kan forbedre fotonabsorption med en faktor op til 25,” siger Oiwa. “Forbedring af lyskildens alignment og mere præcis fremstilling af nanoantennen er igangværende forskningsretninger i vores gruppe.”

Denne nye forskning giver etableret nanofotonik til at fremme kvantekommunikation og informationsnetværk. Det kan føre til nye typer af kvanteteknologier med potentiale i informations sikkerhed og data behandling.