Nanoantena permite comunicarea cuantică avansată și stocarea datelor

Cercetătorii de la Universitatea Osaka, împreună cu partenerii colaboratori, au fabricat o nanoantenă care poate avea implicații mari pentru comunicarea ultra-securizată, la distanță lungă.

Studiul recent a fost publicat în Fizica Aplicată Express.

Echipa a îmbunătățit substanțial conversia foton-la-electron printr-o nanostructură metalică, ceea ce va avansa dezvoltarea tehnologiilor de partajare și procesare a datelor.

Transmiterea informațiilor cuantice la distanță lungă

Deoarece informațiile clasice ale computerului se bazează pe citiri simple pornit/oprit, este destul de ușor să utilizați o tehnologie numită repetitor pentru a amplifica și transmite informații pe distanțe lungi. Cu toate acestea, informațiile cuantice sunt mai complexe și se bazează pe citiri sigure, cum ar fi spinul electronilor. 

Nanocutiile cu semiconductori, sau punctele cuantice, sunt materiale pe care cercetătorii le-au uitat pentru a stoca și a transfera informații cuantice. Acestea fiind spuse, tehnologiile repetitoare cuantice sunt limitate în diferite moduri, inclusiv abordarea actuală de conversie a informațiilor bazate pe fotoni în informații bazate pe electroni. Acest proces este extrem de ineficient, motiv pentru care echipa de cercetători și-a propus să caute noi modalități de a depăși această problemă de conversie și transfer.

Nanoantena

Rio Fukai este autorul principal al studiului.

„Eficiența conversiei fotonilor unici în electroni unici în punctele cuantice de arseniură de galiu – materiale comune în cercetarea comunicațiilor cuantice – este în prezent prea scăzută”, spune Fukai. „În consecință, am proiectat o nanoantenă – constând din inele concentrice ultra-mici de aur – pentru a focaliza lumina pe un singur punct cuantic, rezultând o citire a tensiunii de la dispozitivul nostru.”

Unul dintre rezultatele impresionante ale acestui studiu este că echipa a reușit să îmbunătățească absorbția fotonilor cu un factor de până la 9 în comparație cu neutilizarea nanoantenei. Majoritatea electronilor fotogenerați nu au fost prinși atunci când un singur punct cuantic a fost iluminat. În schimb, acestea s-au acumulat în impurități sau în alte locații din dispozitiv. 

Electronii în exces au dat o citire a tensiunii minime care ar putea fi distinsă de cea generată de electronii cu puncte cuantice. Toate acestea înseamnă că citirea intenționată a dispozitivului nu a fost perturbată.

Akira Oiwa este autorul principal al cercetării.

„Simulările teoretice indică faptul că putem îmbunătăți absorbția fotonului cu până la un factor de 25”, spune Oiwa. Îmbunătățirea alinierii sursei de lumină și fabricarea mai precisă a nanoantenei sunt direcții de cercetare în curs de desfășurare în grupul nostru.”

Această nouă cercetare oferă nanofotonica bine stabilită pentru a promova rețelele de comunicare și informații cuantice. Ar putea duce la noi tipuri de tehnologii cuantice cu aplicații potențiale în securitatea informațiilor și procesarea datelor.