Наноантенна обеспечивает усовершенствованную квантовую связь и хранение данных

Исследователи из Университета Осаки вместе с партнерами изготовили наноантенну, которая может иметь большое значение для сверхбезопасной связи на большие расстояния.

Недавнее исследование было опубликовано в Прикладная физика Экспресс.

Команда существенно улучшила преобразование фотонов в электроны с помощью металлической наноструктуры, что будет способствовать развитию технологий обмена и обработки данных.

Передача квантовой информации на большие расстояния

Поскольку классическая компьютерная информация основана на простом включении/выключении считывания, довольно легко использовать технологию, называемую повторителем, для усиления и передачи информации на большие расстояния. Однако квантовая информация более сложна и основана на безопасных считываниях, таких как спин электрона. 

Полупроводниковые нанобоксы, или квантовые точки, — это материалы, которые исследователи изучают для хранения и передачи квантовой информации. С учетом сказанного, технологии квантовых повторителей имеют различные ограничения, включая текущий подход к преобразованию информации на основе фотонов в информацию на основе электронов. Этот процесс крайне неэффективен, поэтому группа исследователей решила искать новые способы преодоления этой проблемы преобразования и переноса.

Наноантенна

Рио Фукаи — ведущий автор исследования.

«Эффективность преобразования отдельных фотонов в отдельные электроны в квантовых точках арсенида галлия — обычных материалах для исследований в области квантовой связи — в настоящее время слишком низка», — говорит Фукаи. «Соответственно, мы разработали наноантенну, состоящую из ультрамаленьких концентрических золотых колец, чтобы сфокусировать свет на одной квантовой точке, что привело к считыванию напряжения с нашего устройства».

Одним из впечатляющих результатов этого исследования является то, что команда смогла увеличить поглощение фотонов в 9 раз по сравнению с тем, чтобы не использовать наноантенну. Большинство фотогенерированных электронов не были захвачены при освещении одиночной квантовой точки. Вместо этого они накапливаются в примесях или других местах в устройстве. 

Избыточные электроны давали минимальное значение напряжения, которое можно было отличить от напряжения, генерируемого электронами квантовых точек. Все это означает, что предполагаемое считывание устройства не было нарушено.

Акира Оива — старший автор исследования.

«Теоретическое моделирование показывает, что мы можем улучшить поглощение фотонов до 25 раз», — говорит Оива. Улучшение выравнивания источника света и более точное изготовление наноантенны являются постоянными направлениями исследований в нашей группе».

Это новое исследование обеспечивает хорошо зарекомендовавшую себя нанофотонику для продвижения квантовых коммуникаций и информационных сетей. Это может привести к новым типам квантовых технологий с потенциальными приложениями в области информационной безопасности и обработки данных.