L’antenna nanoabilita la comunicazione quantistica avanzata e l’archiviazione dei dati

I ricercatori dell’Università di Osaka, insieme ai partner di collaborazione, hanno creato un’antenna nano che potrebbe avere grandi implicazioni per la comunicazione a lunga distanza ultra-sicura.

Lo studio recente è stato pubblicato su Applied Physics Express.

La squadra ha notevolmente migliorato la conversione di fotoni in elettroni attraverso una nanostruttura metallica, che avanzerà lo sviluppo di tecnologie per la condivisione e l’elaborazione dei dati.

Trasmettere informazioni quantistiche a lunga distanza

Poiché le informazioni del computer classico si basano su semplici letture on/off, è abbastanza facile utilizzare una tecnologia chiamata ripetitore per amplificare e trasmettere le informazioni a lunga distanza. Tuttavia, le informazioni quantistiche sono più complesse e si basano su letture sicure, come la rotazione degli elettroni.

Le scatole nanometriche a semiconduttore, o punti quantici, sono materiali che i ricercatori hanno esaminato per archiviare e trasferire informazioni quantistiche. Tuttavia, le tecnologie di ripetitori quantistici sono limitate in vari modi, compreso l’attuale approccio alla conversione di informazioni basate su fotoni in informazioni basate su elettroni. Questo processo è altamente inefficiente, ed è per questo che il team di ricercatori ha cercato di trovare nuovi modi per superare questo problema di conversione e trasferimento.

L’antenna nano

Rio Fukai è l’autore principale dello studio.

“L’efficienza della conversione di singoli fotoni in singoli elettroni nei punti quantici di arseniuro di gallio — materiali comuni nella ricerca sulla comunicazione quantistica — è attualmente troppo bassa”, dice Fukai. “Di conseguenza, abbiamo progettato un’antenna nano — costituita da anelli concentrici ultra-piccoli di oro — per focalizzare la luce su un singolo punto quantico, ottenendo una lettura di tensione dal nostro dispositivo.”

Uno dei risultati impressionanti di questo studio è che il team è riuscito a migliorare l’assorbimento di fotoni di un fattore fino a 9 rispetto a quando non si utilizza l’antenna nano. La maggior parte degli elettroni generati dalla luce non è stata intrappolata quando un singolo punto quantico è stato illuminato. Invece, si sono accumulati in impurezze o in altre posizioni del dispositivo.

Gli elettroni in eccesso hanno dato una lettura di tensione minima che poteva essere distinta da quella generata dagli elettroni del punto quantico. Ciò significa che la lettura del dispositivo non è stata interrotta.

Akira Oiwa è l’autore senior della ricerca.

“Le simulazioni teoriche indicano che possiamo migliorare l’assorbimento di fotoni di un fattore fino a 25”, dice Oiwa. “Migliorare l’allineamento della sorgente luminosa e fabbricare più precisamente l’antenna nano sono direzioni di ricerca in corso nel nostro gruppo.”

Questa nuova ricerca fornisce nanofotoni stabiliti per avanzare la comunicazione quantistica e le reti di informazione. Potrebbe portare a nuovi tipi di tecnologie quantistiche con potenziali applicazioni nella sicurezza delle informazioni e nell’elaborazione dei dati.