Nanoantenna cho giao tiếp lượng tử khoảng cách xa, cực kỳ an toàn

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Osaka đã cải thiện hiệu quả truyền giữa các vật mang thông tin lượng tử, theo cách dựa trên khoa học nano đã được thiết lập tốt và tương thích với các công nghệ truyền thông tiên tiến sắp tới.

Việc lưu trữ và truyền thông tin theo cách đơn giản và số không – như trong các công nghệ máy tính cổ điển ngày nay – là không đủ cho các công nghệ lượng tử đang phát triển. Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản đã chế tạo một nanoantenna giúp đưa các mạng thông tin lượng tử đến gần hơn với ứng dụng thực tế.

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Applied Physics Express , các nhà nghiên cứu từ Đại học Osaka và các đối tác hợp tác đã tăng cường đáng kể quá trình chuyển đổi photon thành electron thông qua cấu trúc nano kim loại, đây là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển các công nghệ tiên tiến để chia sẻ và xử lý dữ liệu.

Thông tin máy tính cổ điển dựa trên các bài đọc bật / tắt đơn giản. Thật đơn giản khi sử dụng một công nghệ được gọi là bộ lặp để khuếch đại và truyền lại thông tin này trong một khoảng cách dài. Thông tin lượng tử dựa trên các phép đọc tương đối phức tạp và an toàn hơn, chẳng hạn như phân cực photon và spin điện tử. Hộp nano bán dẫn được gọi là chấm lượng tử là vật liệu mà các nhà nghiên cứu đã đề xuất để lưu trữ và truyền thông tin lượng tử. Tuy nhiên, các công nghệ lặp lại lượng tử có một số hạn chế – ví dụ, các cách hiện tại để chuyển đổi thông tin dựa trên photon sang thông tin dựa trên điện tử rất kém hiệu quả. Vượt qua thách thức chuyển đổi và chuyển giao thông tin này là điều mà các nhà nghiên cứu tại Đại học Osaka hướng tới.

Tác giả chính Rio Fukai giải thích: “Hiệu suất chuyển đổi các photon đơn lẻ thành các electron đơn trong các chấm lượng tử arsenide gali – vật liệu phổ biến trong nghiên cứu giao tiếp lượng tử – hiện quá thấp. “Theo đó, chúng tôi đã thiết kế một nanoantenna — bao gồm các vòng vàng đồng tâm siêu nhỏ — để tập trung ánh sáng vào một chấm lượng tử duy nhất, dẫn đến việc đọc điện áp từ thiết bị của chúng tôi.”

Các nhà nghiên cứu đã tăng cường khả năng hấp thụ photon lên tới 9, so với việc không sử dụng nanoantenna. Sau khi chiếu sáng một chấm lượng tử, hầu hết các điện tử được tạo quang không bị mắc kẹt ở đó mà thay vào đó tích tụ trong các tạp chất hoặc các vị trí khác trong thiết bị. Tuy nhiên, các điện tử dư thừa này cho ra mức đọc điện áp tối thiểu dễ dàng phân biệt với điện áp được tạo ra bởi các điện tử chấm lượng tử, và do đó không làm gián đoạn quá trình đọc dự kiến của thiết bị.

Tác giả cao cấp Akira Oiwa cho biết: “Các mô phỏng lý thuyết chỉ ra rằng chúng ta có thể cải thiện mức độ hấp thụ photon lên đến 25. “Cải thiện sự liên kết của nguồn sáng và chế tạo chính xác hơn nanoantenna là những hướng nghiên cứu đang được nhóm chúng tôi tiến hành.”

Những kết quả này có những ứng dụng quan trọng. Các nhà nghiên cứu hiện có một phương tiện sử dụng quang tử nano đã được thiết lập tốt để thúc đẩy triển vọng của mạng thông tin và truyền thông lượng tử sắp tới. Bằng cách sử dụng các đặc tính vật lý trừu tượng như vướng víu và chồng chất, công nghệ lượng tử có thể cung cấp khả năng bảo mật thông tin và xử lý dữ liệu chưa từng có trong những thập kỷ tới.

Tham khảo: “Phát hiện các electron đơn được tạo quang trong một chấm lượng tử bên bằng ăng ten plasmon bề mặt” của Rio Fukai, Yuji Sakai, Takafumi Fujita, Haruki Kiyama, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck và Akira Oiwa, ngày 9 tháng 11 năm 2021, Applied Physics Express .
DOI: 10.35848 / 1882-0786 / ac336d

Theo Scitechdaily