Интернетът на бъдещето е квантов, убедени са повечето учени
(снимка: CC0 Public Domain)
Учени разкриха тайната за създаване на ефективни квантови излъчватели, с които се свързва интернет на бъдещето. Внимателният избор на материал и инженерството на атомно ниво могат да подобрят ефективността на квантовите излъчватели, уверяват изследователите.
Съвременният интернет се основава на способността на данните да пътуват на дълги разстояния без загуба, а най-добрият начин да се постигне това е чрез използване на фотони, или отделни единици светлина. Фотоните са много стабилни, което ги прави идеални за предаване на квантова информация на дълги разстояния – процес, който изисква поддържане на деликатното състояние на заплитане за дълги периоди от време.
Фотоните могат да бъдат получени по различни начини, включително с използване на квантови дефекти в атомен мащаб в кристали за генериране на отделни фотони в добре дефинирано квантово състояние, отбелязва Science Daily.
Десетилетия на оптимизация доведоха до фиброоптични кабели, способни да предават фотони с изключително ниски загуби, но само за светлина в тесен диапазон от дължини на вълните, известен като “телекомуникационен”. Идентифицирането на квантовите дефекти, които произвеждат фотони при тези дължини на вълната, се оказа предизвикателство.
Модел за повишаване на ефективността
Изследователи от Колежа по инженерство към Калифорнийския университет в Санта Барбара, финансиран от Министерството на енергетиката на САЩ и Националната научна фондация, хвърлиха светлина върху проблема. В статия, публикувана в научното списание APL Photonics, авторите описват своите открития за ролята на атомните вибрации в процеса на фотонно излъчване и как различните свойства на дефектите влияят на емисионната ефективност.
„Атомите непрекъснато вибрират и тези вибрации могат да отнемат енергия от излъчвателя на светлина, намалявайки ефективността на фотонното излъчване”, обяснява професорът по материалознание на UCSB Крис Ван де Вале.
Моделът, разработен от неговия екип, показва защо ефективността на еднофотонното излъчване пада рязко при преминаване от видима светлина към инфрачервена дължина на вълната в телекомуникационния диапазон.
Изследователите са открили, че атомните вибрации могат да източат енергия от излъчвателя на светлина, което води до намалена ефективност на емисиите на фотони. Те също така установяват, че ефективността на фотонното излъчване зависи от различни свойства на дефектите, като тяхната електронна структура и взаимодействие с околната среда.
За преодоляване на ниската ефективност, изследователите предлагат два обещаващи метода: внимателен подбор на изходния материал и инженерство на вибрационни свойства в атомен мащаб.
Те също така разглеждат свързването на квантови емитери към фотонна кухина, използвайки опита на професора по компютърно инженерство Галан Муди и студента Камяр Парто. Този подход може да помогне за увеличаване на ефективността на фотонната емисия чрез подобряване на взаимодействието между квантовия излъчвател и фотонната кухина.
Перспективи
Екипът се надява, че техният модел и натрупаните знания ще помогнат за разработване на нови квантови излъчватели, които ще захранват квантовия интернет на бъдещето. Тяхната разработка има важни последици за развитието на квантовите комуникации и създаването на по-безопасен и по-бърз интернет.
Изследователите вярват също така, че техният модел може да се използва за прогнозиране на ефективността на емисиите на фотони за различни видове квантови дефекти и материали, което може да ускори разработването на ефективни квантови излъчватели.