Nanoantenni mahdollistaa edistyneen kvanttiviestinnän ja -tallennuksen

Osakan yliopiston tutkijat yhteistyökumppaneineen ovat valmistaneet nanoantennin, jolla on suuria vaikutuksia ultraturvalliseen, pitkänmatkan viestintään.

Tuore tutkimus julkaistiin Applied Physics Express-julkaisussa.

Tutkijaryhmä paransi merkittävästi fotoni-elektroni-muunnosta metallinanorakenteen avulla, mikä edistää tietojen jakamisen ja prosessoinnin teknologioiden kehittymistä.

Kvanttitiedon lähettäminen pitkän matkan

Koska klassisen tietokoneen tiedot perustuvat yksinkertaisiin päälle/pois- lukemisiin, on helppo käyttää teknologiaa, jota kutsutaan toistimeksi, vahvistamaan ja lähettämään tietoja pitkien matkojen päähän. Kvanttitiedot ovat kuitenkin monimutkaisempia ja perustuvat turvallisiin lukemisiin, kuten elektronin spinniin.

Puolijohde nanorasiat eli kvanttipisteenä toimivat materiaalit ovat olleet tutkijoiden kiinnostuksen kohteena kvanttitiedon tallentamiseen ja siirtämiseen. Kvanttitoistimiteknologiat ovat kuitenkin rajoittuneita monin tavoin, mukaan lukien nykyinen lähestymistapa valofotoniin perustuvan tiedon muuttamiseksi elektronipohjaiseksi. Tämä prosessi on erittäin tehokas, miksi tutkijaryhmä etsi uusia keinoja tämän muunnos- ja siirtöongelman ratkaisemiseksi.

Nanoantenni

Rio Fukai on tutkimuksen ensisijainen tekijä.

”Yksittäisten fotoniiden muuntamisen yksittäisiksi elektroneiksi galliumarsenidi-kvanttipisteissä – yleisissä kvanttiviestintätutkimuksissa käytettävissä materiaaleissa – on tällä hetkellä liian alhainen”, Fukai sanoo. ”Siksi suunnittelimme nanoantennin, joka koostuu ultra-pienistä, keskinäisistä kultarenkaista, joilla voidaan kohdistaa valo yksittäiselle kvanttipisteelle, jolloin laitteestamme saadaan jännitemittaus.”

Yksi tutkimuksen vaikuttavista tuloksista on, että tutkijaryhmä pystyi parantamaan fotoniabsorptiota jopa yhdeksänkertaisesti verrattuna tilanteeseen, jossa nanoantennia ei käytetä. Useimmat fotogeeniset elektronit eivät jääneet loukkuun, kun yksittäistä kvanttipistettä valaistiin. Sen sijaan ne kertyivät epäpuhtauksiin tai muihin laitteen osiin.

Ylijäämäelektronit antoivat vähäisen jännitemittauksen, joka voitiin erottaa kvanttipisteelektroneista aiheuttamasta mittauksesta. Kaikki tämä tarkoittaa, että laitteen tarkoituksellinen lukema ei häikäissyt.

Akira Oiwa on tutkimuksen vanhempi tekijä.

”Teoreettiset simulaatiot osoittavat, että voimme parantaa fotoniabsorptiota jopa 25-kertaisesti”, Oiwa sanoo. ”Parantamalla valonlähdettä ja tarkentamalla nanoantennin valmistusta ovat jatkuvat tutkimussuunnat ryhmässämme.”

Tämä uusi tutkimus tarjoaa vakiintuneen nanofotoniikan edistämään kvanttiviestintää ja tietoverkkoja. Se voi johtaa uusien kvanttiteknologioiden kehittymiseen, joilla on potentiaalisia sovelluksia tietoturva- ja tietokäsittelysovelluksissa.