นักวิจัยจากสถาบันคอมพิวเตอร์ควอนตัม (IQC) ของมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลูได้รวบรวมแนวคิดการวิจัยที่ได้รับรางวัลโนเบลสองแนวคิดเพื่อพัฒนาด้านการสื่อสารควอนตัม
ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์สามารถผลิตคู่โฟตอนที่พันกันเกือบสมบูรณ์แบบจากแหล่งควอนตัมดอทได้อย่างมีประสิทธิภาพ งานวิจัยเรื่อง "สถานะโฟโตนิกเบลล์แบบสั่นจากจุดควอนตัมเซมิคอนดักเตอร์สำหรับการกระจายคีย์ควอนตัม" ได้รับการตีพิมพ์ใน ฟิสิกส์สื่อสาร
โฟตอนที่พันกันเป็นอนุภาคของแสงที่ยังคงเชื่อมต่อกัน แม้จะอยู่ในระยะไกล และรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 2022 ก็ได้รับการยอมรับจากการทดลองในหัวข้อนี้ การรวมพัวพันกับจุดควอนตัม a เทคโนโลยี ทีมวิจัยของ IQC ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 2023 มีเป้าหมายที่จะเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการสร้างโฟตอนที่พันกัน ซึ่งมีการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการสื่อสารที่ปลอดภัย
“การรวมกันของความยุ่งเหยิงในระดับสูงและประสิทธิภาพสูงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับแอปพลิเคชันที่น่าตื่นเต้น เช่น การกระจายคีย์ควอนตัมหรือตัวทำซ้ำควอนตัม ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อขยายระยะทางของการสื่อสารควอนตัมที่ปลอดภัยไปสู่ระดับโลก หรือเชื่อมโยงคอมพิวเตอร์ควอนตัมระยะไกล” ดร. กล่าว . Michael Reimer ศาสตราจารย์ที่ IQC และภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ของ Waterloo
“การทดลองก่อนหน้านี้วัดเฉพาะความพัวพันที่ใกล้สมบูรณ์แบบหรือประสิทธิภาพสูง แต่เราเป็นคนแรกที่บรรลุข้อกำหนดทั้งสองด้วยจุดควอนตัม”
ด้วยการฝังจุดควอนตัมเซมิคอนดักเตอร์ลงในเส้นลวดนาโน นักวิจัยได้สร้างแหล่งที่สร้างโฟตอนที่พันกันเกือบสมบูรณ์แบบได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่างานก่อนหน้าถึง 65 เท่า
แหล่งข้อมูลใหม่นี้ได้รับการพัฒนาโดยความร่วมมือกับสภาวิจัยแห่งชาติของแคนาดาในออตตาวา สามารถตื่นเต้นกับเลเซอร์เพื่อสร้างคู่ที่พันกันตามคำสั่ง จากนั้นนักวิจัยได้ใช้เครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวที่มีความละเอียดสูงจาก Single Quantum ในเนเธอร์แลนด์เพื่อเพิ่มระดับการพัวพัน
“ในอดีต ระบบควอนตัมดอทประสบปัญหาที่เรียกว่าการแยกโครงสร้างอย่างละเอียด ซึ่งทำให้สถานะที่พันกันสั่นไหวเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งหมายความว่าการวัดที่ดำเนินการด้วยระบบตรวจจับที่ช้าจะป้องกันไม่ให้วัดสิ่งกีดขวางได้” Matteo Pennacchietti, Ph.D. กล่าว นักศึกษาที่ IQC และภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ของ Waterloo
“เราเอาชนะสิ่งนี้ได้ด้วยการผสมผสานจุดควอนตัมของเราเข้ากับระบบการตรวจจับที่รวดเร็วและแม่นยำ โดยพื้นฐานแล้ว เราสามารถประทับเวลาว่าสถานะพัวพันจะเป็นอย่างไรในแต่ละจุดระหว่างการแกว่ง และนั่นคือจุดที่เรามีความพัวพันที่สมบูรณ์แบบ”
เพื่อแสดงการประยุกต์ใช้การสื่อสารในอนาคต Reimer และ Pennacchietti ทำงานร่วมกับ Dr. Norbert Lütkenhaus และ Dr. Thomas Jnewein ทั้งคณาจารย์และอาจารย์ของ IQC ในภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ของ Waterloo และทีมงานของพวกเขา
นักวิจัยได้จำลองวิธีการสื่อสารที่ปลอดภัยที่เรียกว่าการกระจายคีย์ควอนตัมโดยใช้แหล่งกำเนิดจุดพัวพันจุดควอนตัมใหม่ ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าแหล่งกำเนิดจุดควอนตัมถือเป็นคำมั่นสัญญาที่สำคัญในอนาคตของการสื่อสารควอนตัมที่ปลอดภัย