Ny opfindelse holder qubits af lys stabilt ved stuetemperatur

Forskere fra Københavns Universitet har udviklet en ny teknik, der holder kvantebitte lys stabile ved stuetemperatur i stedet for kun at arbejde ved -270 grader. Deres opdagelse sparer strøm og penge og er et gennembrud inden for kvanteforskning.

Da næsten alle vores private oplysninger er digitaliseret, det bliver stadig vigtigere, at vi finder måder at beskytte vores data og os selv mod at blive hacket.

Kvantekryptografi er forskernes svar på dette problem, og mere specifikt en bestemt slags qubit - bestående af enkelte fotoner:lyspartikler.

Enkelte fotoner eller qubits af lys, som de også kaldes, er ekstremt vanskelige at hacke. Imidlertid, for at disse qubits af lys skal være stabile og fungere korrekt, skal de opbevares ved temperaturer tæt på absolut nul - det vil sige minus 270 C - noget der kræver enorme mængder strøm og ressourcer.

I en nylig offentliggjort undersøgelse, forskere fra Københavns Universitet demonstrerer en ny måde at opbevare disse qubits ved stuetemperatur i hundrede gange længere end nogensinde vist før. Eugene Simon Polzik, professor i kvanteoptik ved Niels Bohr Institutet, siger, "Vi har udviklet en speciel belægning til vores hukommelseschips, der hjælper kvantestykkerne med at være identiske og stabile, mens de er i stuetemperatur. Desuden vores nye metode gør det muligt for os at gemme qubits i meget længere tid, som er millisekunder i stedet for mikrosekunder - noget der ikke har været muligt før. Vi er virkelig begejstrede for det. "

Den specielle belægning af hukommelseschips gør det meget lettere at opbevare lysets qubits uden store frysere, som er besværlige at betjene og kræver meget strøm. Derfor, den nye opfindelse vil være billigere og mere kompatibel med branchens krav i fremtiden.

"Fordelen ved at gemme disse qubits ved stuetemperatur er, at det ikke kræver flydende helium eller komplekse lasersystemer til køling. Det er også en meget mere enkel teknologi, der lettere kan implementeres i et fremtidigt kvante-internet, "siger Karsten Dideriksen, en KU-ph.d. på projektet.

Normalt, varme temperaturer forstyrrer energien i hver kvantebit af lys. "I vores hukommelseschips, tusinder af atomer flyver rundt og udsender fotoner, også kendt som lysets qubits. Når atomerne udsættes for varme, de begynder at bevæge sig hurtigere og støder sammen med hinanden og med chipens vægge. Dette får dem til at udsende fotoner, der er meget forskellige fra hinanden. Men vi har brug for, at de er nøjagtig de samme for at kunne bruge dem til sikker kommunikation i fremtiden, "forklarer Eugene Polzik." Derfor har vi udviklet en metode, der beskytter atomhukommelsen med den specielle belægning til indersiden af ​​hukommelseschipsene. Belægningen består af paraffin, der har en vokslignende struktur, og den virker ved at blødgøre kollisionen af ​​atomerne, gør de udsendte fotoner eller qubits identiske og stabile. Også, Vi brugte specielle filtre til at sikre, at kun identiske fotoner blev ekstraheret fra hukommelseschipsne. "

Selvom den nye opdagelse er et gennembrud inden for kvanteforskning, det kræver stadig mere arbejde.

"Lige nu, vi producerer lysets qubits med en lav hastighed, en foton pr. sekund, mens afkølede systemer kan producere millioner på samme tid. Men vi mener, at der er vigtige fordele ved denne nye teknologi, og at vi kan overvinde denne udfordring i tide, "Slutter Eugene.

Undersøgelsen er offentliggjort i Naturkommunikation .