Các nhà nghiên cứu tại Viện Điện toán Lượng tử (IQC) của Đại học Waterloo đã tập hợp hai khái niệm nghiên cứu đoạt giải Nobel để thúc đẩy lĩnh vực truyền thông lượng tử.
Các nhà khoa học hiện có thể tạo ra một cách hiệu quả các cặp photon vướng víu gần như hoàn hảo từ các nguồn chấm lượng tử. Nghiên cứu “Trạng thái chuông quang tử dao động từ chấm lượng tử bán dẫn để phân phối khóa lượng tử” đã được xuất bản trên tạp chí Vật lý truyền thông
Các photon vướng víu là các hạt ánh sáng vẫn kết nối với nhau, thậm chí ở những khoảng cách lớn và Giải Nobel Vật lý năm 2022 đã công nhận các thí nghiệm về chủ đề này. Kết hợp sự vướng víu với các chấm lượng tử, một công nghệ Được công nhận Giải Nobel Hóa học năm 2023, nhóm nghiên cứu IQC hướng tới mục tiêu tối ưu hóa quy trình tạo ra các photon vướng víu, có nhiều ứng dụng, bao gồm cả truyền thông an toàn.
Tiến sĩ cho biết: “Sự kết hợp giữa mức độ vướng víu cao và hiệu quả cao là cần thiết cho các ứng dụng thú vị như phân phối khóa lượng tử hoặc bộ lặp lượng tử, được hình dung để mở rộng khoảng cách truyền thông lượng tử an toàn đến quy mô toàn cầu hoặc liên kết các máy tính lượng tử từ xa”. Michael Reimer, giáo sư tại IQC và Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính của Waterloo.
“Các thí nghiệm trước đây chỉ đo được sự vướng víu gần như hoàn hảo hoặc hiệu suất cao, nhưng chúng tôi là những người đầu tiên đạt được cả hai yêu cầu với chấm lượng tử.”
Bằng cách nhúng các chấm lượng tử bán dẫn vào dây nano, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một nguồn tạo ra các photon vướng víu gần như hoàn hảo hiệu quả hơn 65 lần so với nghiên cứu trước đây.
Nguồn mới này, được phát triển với sự cộng tác của Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Canada ở Ottawa, có thể được kích thích bằng tia laser để tạo ra các cặp vướng víu theo lệnh. Sau đó, các nhà nghiên cứu sử dụng máy dò photon đơn có độ phân giải cao do Single Quantum ở Hà Lan cung cấp để tăng mức độ vướng víu.
“Trong lịch sử, các hệ thống chấm lượng tử gặp phải một vấn đề gọi là sự phân tách cấu trúc tinh tế, khiến cho trạng thái vướng víu dao động theo thời gian. Điều này có nghĩa là các phép đo được thực hiện bằng hệ thống phát hiện chậm sẽ ngăn cản việc đo sự vướng víu,” Matteo Pennacchietti, một tiến sĩ cho biết. sinh viên tại IQC và Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính của Waterloo.
“Chúng tôi đã khắc phục điều này bằng cách kết hợp các chấm lượng tử của mình với hệ thống phát hiện rất nhanh và chính xác. Về cơ bản, chúng ta có thể lấy dấu thời gian về trạng thái vướng víu trông như thế nào tại mỗi điểm trong quá trình dao động và đó là nơi chúng ta có sự vướng víu hoàn hảo.”
Để giới thiệu các ứng dụng truyền thông trong tương lai, Reimer và Pennacchietti đã làm việc với Tiến sĩ Norbert Lütkenhaus và Tiến sĩ Thomas Jennewein, cả hai đều là giảng viên IQC và các giáo sư tại Khoa Vật lý và Thiên văn học của Waterloo, cùng nhóm của họ.
Bằng cách sử dụng nguồn vướng víu chấm lượng tử mới của mình, các nhà nghiên cứu đã mô phỏng một phương thức liên lạc an toàn được gọi là phân phối khóa lượng tử, chứng minh rằng nguồn chấm lượng tử có nhiều hứa hẹn trong tương lai của truyền thông lượng tử an toàn.