دانشمندان در آمریکا وسیله ای ساخته اند که می تواند تک فوتون ها را با شکل و رنگ صحیح برای استفاده در اطلاعات کوانتومی گسیل کند. این گامی دیگری در توسعه سامانه های عملی محاسبات و رمزنگاری کوانتومی است.

شکل 1. فیبرهای نوری و حافظه های کوانتومی سازگار نیستند. 

محاسبات کوانتومی قوانین ویژه فیزیک کوانتومی را به کار می گیرد تا محاسبات و پردازشی بسیار سریع تر از هر رایانه امروزی انجام دهد و رمزنگاری کوانتومی از این قوانین استفاده می کند تا ارتباطاتی ایمن فراهم کند. هر دو فناوری متکی بر انتقال اطلاعات کوانتومی  هستند و یکی از بهترین مواد برای انتقال اطلاعات کوانتومی، فوتون است.

هر چند، استفاده از فوتون نیز با مشکلات عملی همراه است. انتقال اطلاعات کوانتومی در فواصل زیاد نیاز به فیبرهای نوری ارتباطی دارد که در طول موج های مادون قرمز بیشترین کارایی را دارند. ذخیره اطلاعات کوانتومی در حافظه های کوانتومی صورت می گیرد. استفاده از فوتون ها در طول موج های مرئی یا نزدیک به مرئی و با «شکل» و شدت خاص ترجیح دارد.  در نتیجه، پژوهشگران سعی کرده اند تا وسایلی توسعه دهند که فوتون های باند ارتباطی را به فوتون هایی تبدیل کنند که با حافظه های کوانتومی سازگار هستند.

در سال های پیش، تعدادی از گروه های پژوهشی تصمیم گرفتند تا شکل و طول موج فوتون را کنترل کنند. هر چند، اکنون متیو راخار(Matthew Rakhar) و دیگر همکارانش در National Institute of Standards and Technology(NIST)، راهکاری طراحی کرده اند که هر دو کار را همزمان انجام دهد. راخار می گوید: «کار ما روشی را فراهم می کند تا طول موج و شکل تک فوتون های باند ارتباطی که برای انتقال ایده آل هستند، تغییر یابد به طوری که بتوانند در حافظه های کوانتومی به شکل طول موج مریی ذخیره شوند.»

قوی تر و سریع تر

برای آزاد کردن تک فوتون ها، راخار و همکارانش از یک نقطه‌ی کوانتومی استفاده می کنند که نسخه ای شبه رسانا از یک اتم است. یک نقطه کوانتومی سطوح انرژی گسسته ای دارد و می تواند در هر زمانی که تحریک شود، فوتونی با طول موج مادون قرمز در حدود 1300 نانومتر گسیل کند. پژوهشگران NIST این فوتون ها را در یک فیبرنوری جمع می کنند و آن ها زا به سمت یک بلور هدایت می کنند که با پالس لیزری قوی تر و سریع تر ترکیب می شود تا طول موجش به حدود 1550 نانومتر برسد. این فرایندی شناخته شده است که تبدیل جمع فرکانسی نامیده می شود و طول موج فوتون ها را به طول موج مرئی 710 نانومتر می‌رساند.

ولفگانگ لانگ(Wolfgang Lange) در دانشگاه Sussex انگلستان،  از نتایج پژوهشگران NIST تمجدید می کند اما اشاره می کند که کار بیشتری باید انجام گیرد. او می گوید:«به ویژه، کارایی منبع باید افزایش یابد. اما [ارایه آن] گامی بسیار مهم به سوی منبع تک فوتون کامل است، این چنین شکاف بین نقاط کوانتومی و وسایل انتقال، پردازش و ذخیره اطلاعات کوانتومی پر می شود.»

راخار فکر می کند که در گام بعدی برای گروهش با تغییر دادن طول موج و شکل تک فوتون ها نیازهای حافظه کوانتومی را ارضا کنند. او می گوید: «این گامی بسیار مهم در توسعه منابع تک فوتون نقطه کوانتومی در کاربردهای اطلاعات کوانتومی است.»

این پژوهش در نشریه Physical Review Letters چاپ خواهد شد.

اخبار مرتبط

حافظه کوانتومی که در دمای اتاق کار می کند

منبع

Photons tune in and shape up

Aug 3, 2011; PhysicsWorld.com

http://physicsworld.com/cws/article/news/46765