Nanoantena omogućuje naprednu kvantnu komunikaciju i pohranu podataka

Istraživači sa Sveučilišta u Osaki, zajedno s partnerima koji su surađivali, proizveli su nanoantenu koja može imati velike implikacije za ultra-sigurnu komunikaciju na velike udaljenosti.

Nedavna studija objavljena je u Ekspres primijenjene fizike.

Tim je značajno poboljšao pretvorbu fotona u elektron kroz metalnu nanostrukturu, što će unaprijediti razvoj tehnologija za dijeljenje i obradu podataka.

Prijenos kvantnih informacija na velike udaljenosti

Budući da se klasične računalne informacije temelje na jednostavnim on/off očitanjima, relativno je jednostavno koristiti tehnologiju koja se zove repetitor za pojačavanje i prijenos informacija na velike udaljenosti. Međutim, kvantna informacija je složenija i temelji se na sigurnim očitanjima, kao što je spin elektrona. 

Poluvodičke nanokutije, ili kvantne točke, materijali su koje su istraživači promatrali kako bi pohranili i prenijeli kvantne informacije. Uz navedeno, tehnologije kvantnih repetitora ograničene su na razne načine, uključujući trenutni pristup pretvaranju informacija temeljenih na fotonima u informacije temeljene na elektronima. Ovaj je proces vrlo neučinkovit, zbog čega je tim istraživača krenuo u potragu za novim načinima za prevladavanje problema pretvorbe i prijenosa.

Nanoantena

Rio Fukai je glavni autor studije.

"Učinkovitost pretvaranja pojedinačnih fotona u pojedinačne elektrone u kvantnim točkama galij arsenida — uobičajenim materijalima u istraživanju kvantne komunikacije — trenutno je preniska", kaže Fukai. "Sukladno tome, dizajnirali smo nanoantenu — koja se sastoji od ultra-malih koncentričnih prstenova od zlata — za fokusiranje svjetlosti na jednu kvantnu točku, što je rezultiralo očitavanjem napona s našeg uređaja."

Jedan od impresivnih rezultata ove studije je da je tim uspio povećati apsorpciju fotona za faktor do 9 u usporedbi s nekorištenjem nanoantene. Većina fotogeneriranih elektrona nije bila zarobljena kada je osvijetljena jedna kvantna točka. Umjesto toga, nakupili su se u nečistoćama ili na drugim mjestima u uređaju. 

Višak elektrona dao je minimalno očitanje napona koje se moglo razlikovati od onog generiranog elektronima kvantne točke. Sve to znači da predviđeno očitavanje uređaja nije poremećeno.

Akira Oiwa je viši autor istraživanja.

"Teorijske simulacije pokazuju da možemo poboljšati apsorpciju fotona do faktora 25", kaže Oiwa. Poboljšanje usmjeravanja izvora svjetlosti i točnije izrada nanoantene stalni su smjerovi istraživanja u našoj grupi.”

Ovo novo istraživanje pruža dobro uspostavljenu nanofotoniku za unaprjeđenje kvantnih komunikacijskih i informacijskih mreža. To bi moglo dovesti do novih vrsta kvantnih tehnologija s potencijalnom primjenom u informacijskoj sigurnosti i obradi podataka.