- De kwantumfotonenbron werkt rechtstreeks binnen het bestaande golflengtebereik van telecomvezels
- Nieuwe kwantumdots creëren identieke enkele fotonen die geschikt zijn voor veilige communicatiesystemen
- Compatibiliteit met siliciumchips opent de weg naar schaalbare kwantumnetwerken
Europese onderzoekers van het Niels Bohr Instituut zeggen dat ze een al lang bestaande natuurkundige barrière hebben opgelost die kwantumnetwerken via traditionele glasvezelsystemen blokkeerde.
Hun werk concentreert zich op het produceren van perfect gecontroleerde afzonderlijke fotonen die door dezelfde optische kabels reizen die al in moderne telecommunicatienetwerken worden gebruikt.
Het team creëerde quantum dots die precies één foton tegelijk vrijgeven wanneer ze worden geactiveerd door een laserpuls. Die gecontroleerde emissie maakt het mogelijk dat kwantuminformatie door vezellijnen beweegt zonder duplicatie, wat nodig is voor veilige kwantumcommunicatiesystemen.
Artikel gaat hieronder verder
Een luidruchtig probleem overwinnen
Eerdere quantum dot-ontwerpen produceerden betrouwbare afzonderlijke fotonen, maar die verschenen op golflengten rond 930 nm die niet overeenkwamen met de telecominfrastructuur.
Standaard glasvezelnetwerken werken op langere golflengten, beginnend in de buurt van 1260 nm, waardoor onderzoekers vastzitten met signalen die moeite hadden om bruikbare afstanden af te leggen buiten laboratoriumomgevingen.
Deze discrepantie werd overwonnen door kwantumdots te ontwerpen die fotonen rechtstreeks rond 1300 nm uitzenden, waardoor ze binnen dezelfde golflengteband worden geplaatst als die wordt gebruikt in wereldwijde glasvezelnetwerken.
Dat elimineert de behoefte aan complexe frequentieconversiehardware die voorheen ruis toevoegde en de ontwikkeling vertraagde.
Ruis bleef een van de meest hardnekkige problemen, omdat identieke fotonen herhaaldelijk moeten worden geproduceerd zonder variatie tussen emissies.
“Ruis in deze context betekent dat je niet het ene na het andere foton met dezelfde eigenschappen kunt genereren. De fotonen moeten perfect identiek zijn, en het bereiken van dit niveau van kwantumcoherentie in de telecomband is een enorme uitdaging gebleken”, zegt Niels Bohr-onderzoeker Leonardo Midolo.
De kleine structuren achter deze vooruitgang bevatten grofweg 30.000 atomen en zijn ongeveer 5,2 nm hoog en 20 nm breed, en gedragen zich als kunstmatige atomen onder laserstimulatie.
Na excitatie laat het gevangen elektron precies één foton vrij, waardoor een herhaalbaar kwantumsignaal ontstaat dat geschikt is voor communicatie- en rekentaken.
De fabricage van deze apparaten is afhankelijk van zeer gecontroleerde chipproductietechnieken die materialen omvormen tot fotonische circuits op nanoschaal.
“Bij het Niels Bohr Instituut gebruiken we vervolgens geavanceerde nanofabricage in onze cleanroom om deze materialen in kwantumfotonische circuits te vormen”, zegt Marcus Albrechtsen, mede-eerste auteur van het onderzoek.
“We fabriceren nanochips en onderzoeken ze met lasers bij lage temperaturen om te bevestigen dat ze zeer coherente afzonderlijke fotonen uitzenden.”
Compatibiliteit met fotonische chips van silicium voegt een groot praktisch voordeel toe, omdat silicium nu al de grootschalige productie van optische hardware wereldwijd domineert.
Door rechtstreeks op telecomgolflengten te werken, kunnen deze kwantumzenders worden geïntegreerd in bestaande chipplatforms zonder hele productiepijplijnen helemaal opnieuw op te bouwen.
Onderzoekers worden echter nog steeds geconfronteerd met grote technische uitdagingen, omdat het opschalen van laboratoriumprototypes naar continentomspannende kwantumnetwerken betrouwbare repeaters en hardware voor signaalverwerking over lange afstanden vereist.
Toch zijn de tekenen goed. “Het opent veel mogelijkheden, mogelijkheden die lange tijd als onbereikbaar werden beschouwd”, aldus Midolo.
Volg TechRadar op Google Nieuws En voeg ons toe als voorkeursbron om ons deskundig nieuws, recensies en meningen in uw feeds te krijgen.
