Nanoantena umożliwia zaawansowaną komunikację kwantową i przechowywanie danych

Naukowcy z Uniwersytetu w Osace, wraz z partnerami, stworzyli nanoantenę, która może mieć duże znaczenie dla ultra-bezpiecznej, dalekosiężnej komunikacji.

Niedawne badanie zostało opublikowane w Applied Physics Express.

Zespół znacznie poprawił konwersję fotonów na elektrony za pomocą metalowej nanostruktury, co przyczyni się do rozwoju technologii do udostępniania i przetwarzania danych.

Przesyłanie informacji kwantowych na duże odległości

Ponieważ informacje w klasycznych komputerach opierają się na prostych odczytach włącz/wyłącz, stosunkowo łatwo jest użyć technologii zwanej repeaterem do wzmocnienia i przesłania informacji na duże odległości. Jednak informacje kwantowe są bardziej złożone i opierają się na bezpiecznych odczytach, takich jak spin elektronu.

Pudełka półprzewodnikowe, czyli kwantowe kropki, są materiałami, które naukowcy badali w celu przechowywania i transferu informacji kwantowych. Jednak technologie repeaterów kwantowych są ograniczone w różny sposób, w tym w obecnie stosowanym podejściu do konwersji informacji opartej na fotonach na informację opartą na elektronach. Proces ten jest bardzo nieefektywny, dlatego zespół naukowców postanowił szukać nowych sposobów, aby pokonać ten problem konwersji i transferu.

Nanoantena

Rio Fukai jest głównym autorem badania.

„Wydajność konwersji pojedynczych fotonów w pojedyncze elektrony w kropkach kwantowych z arsenku galu — powszechnych materiałach w badaniach komunikacji kwantowej — jest obecnie zbyt niska”, mówi Fukai. „Dlatego zaprojektowaliśmy nanoantenę — składającą się z ultra-małych, koncentrycznych pierścieni z złota — w celu skupienia światła na jednej kropce kwantowej, co dało nam napięcie odczytu z naszego urządzenia.”

Jednym z imponujących wyników tego badania jest to, że zespół był w stanie poprawić absorpcję fotonów o czynnik do 9 w porównaniu z sytuacją, gdy nie używano nanoanteny. Większość wygenerowanych elektronów nie była uwięziona, gdy pojedyncza kropka kwantowa była oświetlona. Zamiast tego gromadziły się one w nieczystościach lub innych miejscach w urządzeniu.

Nadmiar elektronów dał minimalne napięcie odczytu, które można było odróżnić od tego, które zostało wygenerowane przez elektrony kropki kwantowej. To wszystko oznacza, że odczyt urządzenia nie został zakłócony.

Akira Oiwa jest starszym autorem badania.

„Symulacje teoretyczne wskazują, że możemy poprawić absorpcję fotonów o czynnik do 25”, mówi Oiwa. „Poprawa wyrównania źródła światła i bardziej precyzyjne wykonanie nanoanteny są kierunkami badań w naszej grupie.”

To nowe badanie dostarcza ugruntowane nanofotoniki, aby przyspieszyć komunikację kwantową i sieci informacyjne. Może to prowadzić do nowych typów technologii kwantowych z potencjalnymi zastosowaniami w bezpieczeństwie informacji i przetwarzaniu danych.