Наноантена дозволяє вдосконалити квантову комунікацію та зберігання даних

Дослідники з Осакського університету, разом з партнерами, створили наноантену, яка може мати великі наслідки для ультрабезпекової, довгої комунікації на великі відстані.

Нещодавнє дослідження було опубліковано в Applied Physics Express.

Команда суттєво покращила перетворення фотонів на електрони через металічну наноструктуру, що сприяє розвитку технологій для обміну та обробки даних.

Передача квантової інформації на великі відстані

Оскільки інформація класичних комп’ютерів заснована на простих ввімкнено/вимкнено читаннях, досить легко використовувати технологію під назвою повторювач для посилення та передачі інформації на великі відстані. Однак квантової інформації є більш складною і заснованою на безпечних читаннях, таких як спін електрона.

Нанокоробки з напівпровідників, або квантові точки, є матеріалами, які дослідники розглядають для зберігання та передачі квантової інформації. Однак технології квантових повторювачів обмежені різними способами, включаючи поточний підхід до перетворення фотонної інформації в електрон-основану інформацію. Цей процес є високо неефективним, тому команда дослідників виходить за пошуки нових способів подолання цієї проблеми перетворення та передачі.

Наноантена

Ріо Фукаї є головним автором дослідження.

“Ефективність перетворення окремих фотонів у окремі електрони в квантових точках з галій-арсеніду — звичайних матеріалів у дослідженнях квантової комунікації — зараз занадто низька”, — каже Фукаї. “Відповідно, ми розробили наноантену — складається з ультрамалих концентричних кілець золота — для фокусування світла на одну квантову точку, що призводить до виходу напруги з нашого пристрою.”

Одним з вражаючих результатів цього дослідження є те, що команда змогла підвищити поглинання фотонів у 9 разів порівняно з тим, коли не використовується наноантена. Більшість фотогенерованих електронів не були захоплені, коли одна квантова точка була освітлена. Замість цього вони накопичувалися в домішках або інших місцях пристрою.

Надлишкові електрони давали мінімальний вихід напруги, який можна було відрізнити від того, який був створений електронами квантової точки. Все це означає, що передбачуваний вихід пристрою не був порушений.

Акіра Оівва є старшим автором дослідження.

“Теоретичні симуляції показують, що ми можемо покращити поглинання фотонів у 25 разів”, — каже Оівва. “Покращення вирівнювання джерела світла та більш точне виготовлення наноантени є тривалими напрямами досліджень у нашій групі.”

Це нове дослідження надає добре встановлену нанофотоніку для розвитку квантової комунікації та інформаційних мереж. Воно може привести до нових типів квантових технологій з потенційними застосуваннями в галузі інформаційної безпеки та обробки даних.