Нова техника дава възможност за кодирането на данни върху единични фотони

Изследователи от Националната лаборатория в Лос Аламос успешно са разработили нов начин за производството на специфичен вид фотон, който може да се окаже от решаващо значение за квантовия обмен на данни, по-специално за криптирането им. Специфичният вид фотони, наречен „кръгово поляризирана светлина“ досега се оказваше предизвикателство за създаване и контрол, но тази нова техника прави процеса по-лесен и, което е важното – по-евтин. Екипът обяснява, че това е постигнато чрез подреждането на два различни, атомно тънки материала, които „усукват“ (поляризират) фотоните по предсказуем начин.

„Кодирани, усукани“ фотони

Поляризационното състояние ефективно „кодира“ генерираните фотони, което го прави решаваща стъпка за квантовата криптография и комуникация.

„С източник за генериране на поток от единични фотони и въвеждане на поляризация ние на практика комбинирахме две устройства в едно.“

обяснява Хан Хтун, учен от Националната лаборатория в Лос Аламо

За да постигне това, изследователският екип от Центъра за интегрирани нанотехнологии използва атомно-силова микроскопия, за да създаде серия от нанометрични вдлъбнатини върху материалите. Те се състоят от слой с дебелина една молекула от полупроводник волфрамов диселенид, поставен върху по-дебел слой от магнитен полупроводник никелов фосфорен трисулфид. Всяка от направените вдлъбнатини е била с диаметър приблизително 400 нанометра.

След това изследователите откриват, че „вдлъбнатините“ карат волфрамовия диселенид да излъчва отделни светлинни частици (фотони). Оказало се също така, че те променят магнитните свойства на материала на дъното по такъв начин, че придават на излъчваните фотони специално усукване („кръгова поляризация„).

За да потвърди този механизъм, екипът провел експерименти с оптична спектроскопия с Националната лаборатория за високи магнитни полета и измерил магнитното поле на локалните магнитни моменти заедно с учени от Университета в Базел. По този начин екипът успешно демонстрирал нов метод за контролиране на поляризацията на единичните фотони в експериментите. Доста впечатляващо постижение.

Свръхсигурен квантов интернет

Занапред екипът проучва начини за модулиране на степента на „кръгова поляризация“ на единичните фотони с помощта на електрически или микровълнови импулси, които теоретично биха могли да кодират квантова информация във фотонния поток. Микроскопичните светлинни канали, наречени вълноводи също биха могли да позволят свързването на потока от фотони, създавайки фотонни вериги. Ако са постижими, тези „вериги“ биха могли да формират основите на „свръхсигурен квантов интернет“.

Можете да разгледате цялото изследване на екипа в списание Nature Materials.