Nanoantenne muliggjør avansert kvantekommunikasjon og datalagring

Forskere ved Osaka University, sammen med samarbeidspartnere, har fabrikkert en nanoantenne som kan ha store implikasjoner for ultra-sikker, langdistanse-kommunikasjon.

Den nylige studien ble publisert i Applied Physics Express.

Laget forbedret betydelig foton-til-elektron-omvandling gjennom en metallnanostruktur, som vil fremme utviklingen av teknologier for deling og prosessering av data.

Overføring av kvantinformasjon over lange avstander

Siden klassisk datamaskininformasjon er basert på enkle på/av-læsninger, er det ganske enkelt å bruke en teknologi kalt en repeater for å forsterke og overføre informasjon over lange avstander. Imidlertid er kvantinformasjon mer kompleks og basert på sikre læsninger, som elektronspinn. 

Halvleder-nanobokser, eller kvantedoter, er materialer som forskere har sett på for å lagre og overføre kvantinformasjon. Med det sagt, er kvant-repeater-teknologier begrensede på flere måter, inkludert den nåværende tilnærmingen til å konvertere foton-basert informasjon til elektron-basert informasjon. Denne prosessen er høyt ineffektiv, og det er derfor forskergruppen satte ut for å finne nye måter å overvinne denne konverterings- og overføringsproblemet.

Nanoantennen

Rio Fukai er hovedforfatter av studien.

“Effektiviteten ved å konvertere enkeltfotoner til enkelt-elektroner i galliumarsenid-kvantedoter — vanlige materialer i kvantekommunikasjonsforskning — er for tiden for lav,” sier Fukai. “Derfor designet vi en nanoantenne — bestående av ultra-små konsentriske ringer av gull — for å fokusere lys på en enkelt kvantedot, med resultat av en spenning som kan leses fra vår enhet.”

En av de imponerende resultater av denne studien er at laget klarte å forbedre fotonabsorpsjonen med en faktor på opptil 9 sammenlignet med ikke å bruke nanoantennen. De fleste av de fotogenererte elektronene ble ikke fanget når en enkelt kvantedot ble belyst. I stedet akkumulerte de i urenheter eller andre steder i enheten. 

De overskuddselektronene ga en minimal spenning som kunne skilles fra den som ble generert av kvantedotelektronene. Dette betyr at enhetens ønskede lesning ikke ble forstyrret.

Akira Oiwa er seniorforfatter av forskningen.

“Teoretiske simuleringer indikerer at vi kan forbedre fotonabsorpsjonen med en faktor på opptil 25,” sier Oiwa. ”Forbedring av justeringen av lyskilden og mer presis fabrikasjon av nanoantennen er pågående forskningsretninger i vår gruppe.”

Dette nye forskningen gir etablerte nanofotoniske teknologier for å fremme kvantekommunikasjon og informasjonsnettverk. Det kan føre til nye typer kvantteknologier med potensielle anvendelser i informasjonssikkerhet og dataprosessering.