- يعمل مصدر الفوتون الكمومي مباشرة في نطاقات الطول الموجي الحالية للألياف الضوئية للاتصالات
- تُنشئ النقاط الكمومية الجديدة فوتونات مفردة متطابقة مناسبة لأنظمة الاتصالات الآمنة
- التوافق مع رقائق السيليكون يفتح الطريق أمام شبكة كمومية قابلة للتطوير
يقول باحثون أوروبيون من معهد نيلز بور إنهم تمكنوا من حل حاجز مادي طويل الأمد كان يمنع تكوين الشبكات الكمومية في أنظمة الألياف الضوئية التقليدية.
يركز عملهم على إنتاج فوتونات مفردة يتم التحكم فيها بشكل مثالي، وتنتقل عبر نفس الكابلات الضوئية المستخدمة بالفعل في شبكات الاتصالات الحديثة.
أنشأ الفريق نقاطًا كمومية، والتي عند تعرضها لنبضة ليزر، تطلق فوتونًا واحدًا بالضبط في المرة الواحدة. يسمح هذا الانبعاث المتحكم فيه بتدفق المعلومات الكمومية عبر خطوط الألياف الضوئية دون تكرار، وهو أمر مطلوب لأنظمة الاتصالات الكمومية الآمنة.
يستمر المقال أدناه
التغلب على مشكلة صاخبة
أنتجت تصميمات النقاط الكمومية السابقة فوتونات مفردة يمكن الاعتماد عليها، لكنها ظهرت بأطوال موجية تبلغ حوالي 930 نانومتر، وهو ما لا يتناسب مع البنية التحتية للاتصالات.
تعمل شبكات الألياف الضوئية القياسية بأطوال موجية أطول، بدءًا من حوالي 1260 نانومتر، مما يترك الباحثين عالقين بإشارات بالكاد يمكنها السفر لمسافات مفيدة خارج البيئات المختبرية.
تم التغلب على عدم التطابق هذا من خلال هندسة النقاط الكمومية التي تبعث الفوتونات مباشرة حوالي 1300 نانومتر، مما يضعها في نفس نطاق الطول الموجي كما هو الحال في شبكات الألياف الضوئية العالمية.
وهذا يلغي الحاجة إلى معدات تحويل التردد المعقدة التي تسببت في السابق في حدوث ضوضاء وإبطاء التطوير.
تظل الضوضاء واحدة من أكثر المشاكل إلحاحًا لأنه يجب إنتاج فوتونات متطابقة بشكل متكرر، دون وجود اختلافات في الانبعاثات الفردية.
يقول ليوناردو ميدولو، الباحث في معهد نيلز بور: “في هذا السياق، تعني الضوضاء أنه لا يمكنك توليد فوتون تلو الآخر بنفس الخصائص. يجب أن تكون الفوتونات متطابقة تمامًا، وقد ثبت أن تحقيق هذا المستوى من التماسك الكمي في نطاق الاتصالات أمر صعب للغاية”.
تحتوي الهياكل الصغيرة وراء هذا التقدم على حوالي 30 ألف ذرة، ويبلغ طولها حوالي 5.2 نانومتر وعرضها 20 نانومتر، وتتصرف مثل الذرات الاصطناعية عند تعرضها لتحفيز الليزر.
عند إثارة الإلكترون المحبوس، يطلق فوتونًا واحدًا بالضبط، منتجًا إشارة كمومية متكررة مناسبة لمهام الاتصالات والحوسبة.
ويعتمد إنتاج هذه الأجهزة على تقنيات تصنيع الرقائق التي يتم التحكم فيها بإحكام، والتي تعمل على تشكيل المواد في دوائر ضوئية نانوية الحجم.
قال ماركوس ألبريشتسن، المؤلف الأول المشارك للدراسة: “في معهد نيلز بور، نستخدم بعد ذلك التصنيع النانوي المتقدم في غرفتنا النظيفة لتشكيل هذه المواد في دوائر فوتونية كمومية”.
“نحن ننتج رقائق نانوية ونفحصها بالليزر عند درجات حرارة منخفضة للتأكد من أنها تبعث فوتونات مفردة عالية التماسك.”
يعد التوافق مع رقائق السيليكون الضوئية ميزة عملية كبيرة لأن السيليكون يهيمن بالفعل على تصنيع المعدات البصرية واسعة النطاق حول العالم.
ومن خلال العمل مباشرة على موجات الاتصالات، يمكن دمج هذه البواعث الكمومية في منصات الرقائق الحالية دون الحاجة إلى إعادة بناء خطوط أنابيب التصنيع بالكامل من الصفر.
ومع ذلك، لا يزال العلماء يواجهون تحديات هندسية كبيرة، حيث يتطلب توسيع نطاق النماذج الأولية المختبرية إلى شبكات كمومية على مستوى القارة مكبرات صوت ومعدات موثوقة للتعامل مع الإشارات عبر مسافات طويلة.
ومع ذلك، فإن المؤشرات جيدة. وقال ميدولو: “إنه يفتح الكثير من الاحتمالات، الاحتمالات التي كان يُعتقد منذ فترة طويلة أنها بعيدة المنال”.
اتبع TechRadar على أخبار جوجل و أضفنا كمصدرك المفضل لتلقي أخبار ومراجعات وآراء الخبراء حول قنواتك.
