חוקרים במכון למחשוב קוונטי (IQC) של אוניברסיטת ווטרלו ריכזו שני מושגי מחקר זוכי פרס נובל כדי לקדם את תחום התקשורת הקוונטית.
מדענים יכולים כעת לייצר ביעילות זוגות פוטונים סבוכים כמעט מושלמים ממקורות נקודות קוונטיות. המחקר, "מצב פעמון פוטוני מתנודד מנקודה קוונטית מוליכים למחצה לחלוקת מפתח קוונטית", פורסם ב- פיזיקת תקשורת
פוטונים סבוכים הם חלקיקי אור שנשארים מחוברים, אפילו על פני מרחקים גדולים, ופרס נובל לפיזיקה לשנת 2022 הכיר בניסויים בנושא זה. שילוב של הסתבכות עם נקודות קוונטיות, א טֶכנוֹלוֹגִיָה הוכר עם פרס נובל בכימיה לשנת 2023, צוות המחקר של IQC שם לו למטרה לייעל את התהליך ליצירת פוטונים סבוכים, שיש להם מגוון רחב של יישומים, כולל תקשורת מאובטחת.
"השילוב של רמה גבוהה של הסתבכות ויעילות גבוהה נחוץ ליישומים מרגשים כגון הפצת מפתחות קוונטיים או משחזרים קוונטיים, אשר נועדו להרחיב את המרחק של תקשורת קוונטית מאובטחת לקנה מידה עולמי או לקשר מחשבים קוונטיים מרוחקים", אמר ד"ר ד"ר. מייקל ריימר, פרופסור במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים של IQC ו-Waterloo.
"ניסויים קודמים מדדו רק הסתבכות כמעט מושלמת או יעילות גבוהה, אבל אנחנו הראשונים להשיג את שתי הדרישות עם נקודה קוונטית."
על ידי הטמעת נקודות קוונטיות מוליכים למחצה לתוך ננו-תיל, החוקרים יצרו מקור שיוצר פוטונים סבוכים כמעט מושלמים פי 65 ביעילות רבה יותר מעבודות קודמות.
מקור חדש זה, שפותח בשיתוף עם מועצת המחקר הלאומית של קנדה באוטווה, יכול להתרגש באמצעות לייזרים כדי ליצור זוגות סבוכים בפקודה. החוקרים השתמשו אז בגלאי פוטון בודד ברזולוציה גבוהה שסופקו על ידי Single Quantum בהולנד כדי להגביר את מידת ההסתבכות.
"באופן היסטורי, מערכות נקודות קוונטיות היו נגועים בבעיה שנקראת פיצול מבנה עדין, הגורמת למצב סבוך להתנודד לאורך זמן. המשמעות היא שמדידות שנלקחו עם מערכת זיהוי איטית ימנעו את מדידת ההסתבכות", אמר מתאו פנאצ'טי, דוקטור. סטודנט במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים של IQC ו-Waterloo.
"התגברנו על כך על ידי שילוב הנקודות הקוונטיות שלנו עם מערכת זיהוי מהירה ומדויקת מאוד. אנחנו יכולים בעצם לקחת חותמת זמן של איך נראה המצב המסובך בכל נקודה במהלך התנודות, ושם יש לנו את ההסתבכות המושלמת”.
כדי להציג יישומי תקשורת עתידיים, ריימר ופנאצ'יאטי עבדו עם ד"ר נורברט לוטקנהאוס וד"ר תומס ג'נוויין, שניהם חברי סגל IQC ופרופסורים במחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה של ווטרלו, והצוותים שלהם.
באמצעות מקור ההסתבכות הקוונטית החדש שלהם, החוקרים דימו שיטת תקשורת מאובטחת המכונה הפצת מפתח קוונטי, והוכיחה שלמקור הנקודה הקוונטית יש הבטחה משמעותית בעתיד של תקשורת קוונטית מאובטחת.