Antena nano permite comunicarea și stocarea cuantică avansată

Cercetătorii de la Universitatea Osaka, împreună cu partenerii lor de colaborare, au fabricat o antenă nano care poate avea implicații majore pentru comunicarea ultra-securizată pe distanțe lungi.

Studiul recent a fost publicat în Applied Physics Express.

Echipa a îmbunătățit semnificativ conversia foton-electron prin intermediul unei nanostructuri metalice, ceea ce va avansa dezvoltarea tehnologiilor pentru partajarea și prelucrarea datelor.

Transmiterea informațiilor cuantice pe distanțe lungi

Deoarece informațiile calculatorului clasic se bazează pe citiri simple pe/off, este relativ ușor să se utilizeze o tehnologie numită repetor pentru a amplifica și transmite informații pe distanțe lungi. Cu toate acestea, informațiile cuantice sunt mai complexe și se bazează pe citiri securizate, cum ar fi spinul electronului.

Cutii nanobox de semiconductor, sau puncte cuantice, sunt materiale pe care cercetătorii le-au examinat pentru a stoca și transfera informații cuantice. Cu toate acestea, tehnologiile de repetor cuantic sunt limitate în diferite moduri, inclusiv abordarea actuală de conversie a informațiilor bazate pe fotoni în informații bazate pe electroni. Acest proces este foarte ineficient, ceea ce a determinat echipa de cercetători să caute noi modalități de a depăși această problemă de conversie și transfer.

Antena nano

Rio Fukai este autorul principal al studiului.

“Eficiența conversiei unor fotoni individuali în electroni individuali în puncte cuantice de arseniu de galiu – materiale comune în cercetarea comunicării cuantice – este în prezent prea mică”, spune Fukai. “Prin urmare, am proiectat o antenă nano – constând din inele concentrice ultra-mici de aur – pentru a focaliza lumina pe un punct cuantic individual, rezultând o citire a tensiunii din dispozitivul nostru.”

Unul dintre rezultatele impresionante ale acestui studiu este că echipa a reușit să îmbunătățească absorbția fotonilor de până la 9 ori în comparație cu situația în care nu s-a utilizat antena nano. Majoritatea electronilor generați de fotoni nu au fost prinși atunci când un punct cuantic individual a fost iluminat. În schimb, aceștia s-au acumulat în impurități sau în alte locuri din dispozitiv.

Electronii în exces au dat o citire a tensiunii minimă care putea fi diferențiată de cea generată de electronii punctului cuantic. Toate acestea înseamnă că citirea intenționată a dispozitivului nu a fost perturbată.

Akira Oiwa este autorul senior al cercetării.

“Simulările teoretice indică faptul că putem îmbunătăți absorbția fotonilor de până la 25 de ori”, spune Oiwa. “Îmbunătățirea alinierii sursei de lumină și fabricarea mai precisă a antenei nano sunt direcții de cercetare în curs de desfășurare în grupul nostru.”

Această nouă cercetare oferă nanofotonică bine stabilită pentru a avansa comunicarea și rețelele de informații cuantice. Acest lucru ar putea duce la noi tipuri de tehnologii cuantice cu aplicații potențiale în securitatea informației și prelucrarea datelor.