At finde strømmen af ​​kvanteteknologi

Vi interagerer med bits og bytes hver dag – uanset om det er ved at sende en sms eller modtage en e-mail.

Der er også kvantebits, eller qubits, der har kritiske forskelle fra almindelige bits og bytes. Disse fotoner – partikler af lys – kan bære kvanteinformation og tilbyde enestående egenskaber, som ikke kan opnås på anden måde. I modsætning til binær databehandling, hvor bits kun kan repræsentere et 0 eller 1, eksisterer qubit-adfærd i kvantemekanikkens område. Gennem "superpositionering" kan en qubit repræsentere et 0, et 1 eller et hvilket som helst forhold mellem. Dette øger en kvantecomputers behandlingshastighed markant sammenlignet med nutidens computere.

"At lære om qubits muligheder har været en drivkraft for det nye felt af kvanteteknologier, der åbner op for nye og uudforskede applikationer som kvantekommunikation, databehandling og sansning," siger Hong Koo Kim, professor i elektrisk og computerteknologi ved University of Pittsburgh Swanson School of Engineering.

Kvanteteknologier er vigtige for en række områder, som for banker, der beskytter finansiel information eller giver forskere den nødvendige hastighed til at efterligne alle aspekter af kemi. Og gennem kvante "sammenfiltring" kunne qubits "kommunikere" over store afstande som et enkelt system. Kim og hans kandidatstuderende, Yu Shi, gjorde en opdagelse, der kan hjælpe kvanteteknologien med at tage et kvantespring.

Det begynder med en enkelt foton

Fotonbaserede kvanteteknologier er afhængige af enkeltfotonkilder, der kan udsende individuelle fotoner.

Disse enkelte fotoner kan genereres fra halvledere i nanometerskala, mere almindeligt kendt som kvanteprikker. På samme måde som mikrobølgeantenner udsender mobiltelefonsignaler, fungerer en kvanteprik som en antenne, der udsender lys.

"Ved at udføre strenge analyser opdagede vi, at en kvantepunktemitter - eller en dipolantenne i nanometerskala - fanger en stor mængde energi," forklarede Kim. "Den ydre drift af en dipolemitter er godt forstået, men det er virkelig første gang, en dipol er blevet undersøgt på indersiden."

Fotoner fra disse kvanteprikker kommer ud med håndenhed, ligesom vi er en højrehåndet eller venstrehåndet person, og kvanteinformation bæres af denne håndhed af individuelle fotoner. Som sådan er sortering af dem til forskellige veje en vigtig opgave for kvanteinformationsbehandling. Kims team har udviklet en ny måde at adskille fotoner med forskellige hænder og effektivt høste dem til videre behandling hen ad vejen.

"Resultaterne af dette arbejde forventes at bidrage til at udvikle højhastigheds enkeltfotonkilder, en kritisk komponent, der er nødvendig i kvantefotonik," sagde Kim.

Artiklen, "Spin tekstur og chiral kobling af cirkulært polariseret dipolfelt," er offentliggjort i tidsskriftet Nanophotonics .

Flere oplysninger: Yu Shi et al, Spin tekstur og chiral kobling af cirkulært polariseret dipolfelt, Nanofotonik (2023). DOI:10.1515/nanoph-2022-0581

Leveret af University of Pittsburgh