Penyelidik di Institut Pengkomputeran Kuantum (IQC) Universiti Waterloo telah mengumpulkan dua konsep penyelidikan yang memenangi hadiah Nobel untuk memajukan bidang komunikasi kuantum.
Para saintis kini boleh menghasilkan pasangan foton terjerat yang hampir sempurna daripada sumber titik kuantum. Penyelidikan, "Keadaan Loceng fotonik berayun daripada titik kuantum semikonduktor untuk pengedaran kunci kuantum," telah diterbitkan dalam Fizik Komunikasi
Foton terjerat ialah zarah cahaya yang kekal bersambung, walaupun merentasi jarak yang jauh, dan Hadiah Nobel dalam Fizik 2022 mengiktiraf eksperimen mengenai topik ini. Menggabungkan jalinan dengan titik kuantum, a teknologi diiktiraf dengan Hadiah Nobel dalam Kimia pada 2023, pasukan penyelidik IQC menyasarkan untuk mengoptimumkan proses untuk mencipta foton terjerat, yang mempunyai pelbagai jenis aplikasi, termasuk komunikasi selamat.
"Gabungan tahap keterikatan yang tinggi dan kecekapan tinggi diperlukan untuk aplikasi menarik seperti pengedaran kunci kuantum atau pengulang kuantum, yang dibayangkan untuk memanjangkan jarak komunikasi kuantum selamat ke skala global atau menghubungkan komputer kuantum jauh," kata Dr. Michael Reimer, profesor di IQC dan Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Komputer Waterloo.
"Percubaan sebelum ini hanya mengukur sama ada keterikatan hampir sempurna atau kecekapan tinggi, tetapi kami adalah yang pertama mencapai kedua-dua keperluan dengan titik kuantum."
Dengan membenamkan titik kuantum semikonduktor ke dalam wayar nano, para penyelidik mencipta sumber yang mencipta foton terjerat hampir sempurna 65 kali lebih cekap daripada kerja sebelumnya.
Sumber baharu ini, dibangunkan dengan kerjasama Majlis Penyelidikan Kebangsaan Kanada di Ottawa, boleh teruja dengan laser untuk menjana pasangan terjerat atas arahan. Para penyelidik kemudian menggunakan pengesan foton tunggal resolusi tinggi yang disediakan oleh Kuantum Tunggal di Belanda untuk meningkatkan tahap kekusutan.
"Secara sejarah, sistem titik kuantum telah dibelenggu dengan masalah yang dipanggil pembelahan struktur halus, yang menyebabkan keadaan terjerat berayun dari semasa ke semasa. Ini bermakna ukuran yang diambil dengan sistem pengesanan yang perlahan akan menghalang kekusutan daripada diukur,” kata Matteo Pennacchietti, Ph.D. pelajar di Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Komputer IQC dan Waterloo.
“Kami mengatasinya dengan menggabungkan titik kuantum kami dengan sistem pengesanan yang sangat pantas dan tepat. Pada asasnya kita boleh mengambil cap masa tentang rupa keadaan terjerat pada setiap titik semasa ayunan, dan di situlah kita mempunyai jalinan yang sempurna.”
Untuk mempamerkan aplikasi komunikasi masa hadapan, Reimer dan Pennacchietti bekerja dengan Dr. Norbert Lütkenhaus dan Dr. Thomas Jennewein, kedua-dua ahli fakulti IQC dan profesor di Jabatan Fizik dan Astronomi Waterloo, serta pasukan mereka.
Menggunakan sumber kuantum dot baharu mereka, para penyelidik mensimulasikan kaedah komunikasi selamat yang dikenali sebagai pengedaran kunci kuantum, membuktikan bahawa sumber kuantum dot memegang janji penting pada masa depan komunikasi kuantum yang selamat.