محققان مرکز ملی استاندارد و فناوری (NIST) و موسسه مشترک کوانتوم (JQI) (یک مرکز
مشترک از دانشگاه مریلند و NIST) روش جدیدی برای تنظیم دقیق نور ساطع شده از یک
نقطه کوانتومی با دستکاری آنها با یک جفت لیزر توسعه داده‌اند.
این روش که در مجله Physical Review Letters منتشر شده است، می‌تواند به میزان
زیادی نقاط کوانتومی را به عنوان منبع جفت‌فوتون «گیرافتاده» توسعه دهد؛ این ویژگی
کاربردهای مهمی در فناوری‌های اطلاعاتی دارد.
این کار می‌تواند توسعه کاربردهای رمزنویسی قدرتمند و پیشرفته را که پیش‌بینی می‌شود
یکی از فناوری‌های کلیدی قرن ۲۱ باشد، شتاب بخشد.
فوتون‌های گیرافتاده نتیجه خاص مکانیک کوانتوم است. این فوتون‌ها که تولید آنها
بسیار مشکل است، حتی زمانی که از هم فاصله زیادی پیدا می‌کنند، به نحوی باهم متصل
باقی می‌مانند. فقط مشاهده لحظه‌ای یکی از آنها، بر ویژگی‌های دیگری تأثیر می‌گذارد.
این ارتباط می‌تواند در ارتباطات کوانتومی برای انتقال یک کلید رمزی که به طور
طبیعی کاملاً سری است، مورد استفاده قرار گیرد. هرگونه تلاشی برای استراق سمع موجب
از بین رفتن فوری این کلید رمزی می‌شود.
یکی از هدف‌های این گروه تحقیقاتی توسعه نقاط کوانتومی به عنوان منبع آسانی برای
تولید فوتون‌های گیرافتاده است.
نقاط کوانتومی نواحی نانومقیاسی از یک ماده نیمه‌هادی، شبیه ماده مورد استفاده در
پردازنده‌های رایانه هستند، اما به دلیل ابعادشان، ویژگی‌های خاصی دارند. با وجودی
که این نقاط می‌توانند از ده‌ها هزار اتم تشکیل شوند، اما به نحوی رفتار می‌کنند که
گویی یک اتم منفرد هستند. متأسفانه این نقاط کوانتومی در دنیای شکننده رمزنگاری و
نسل بعدی فناوری‌های اطلاعاتی به اندازه کافی خوب نیستند. زمانی که انرژی به این
نقاط کوانتومی داده شود، درست همانند یک اتم تنها، از خود فوتون یا ذرات نور منتشر
می‌کنند. اما نواقص موجود در شکل یک نقطه کوانتومی موجب جدا شدن سطوح انرژی می‌شود
که باید همپوشانی نمایند. این امر تعادل ظریف مورد نیاز برای نشر فوتون‌های
گیرافتاده را برهم می‌زند.
گروه تحقیقاتی NIST-JQI برای غلبه بر این مشکل از لیزرهایی برای کنترل دقیق سطح
انرژی نقاط کوانتومی استفاده می‌کند، همانگونه که فیزیکدان‌ها از اواسط دهه ۸۰ برای
کنترل سطح انرژی اتم‌های منفرد از این روش استفاده کرده‌اند. این محققان با استفاده
از دو تابش لیزری که یکی درست در بالای نقطه کوانتومی قرار گرفته و دومی از کنار به
آن می‌تابد، توانستند حالت‌های انرژی را در یک نقطه کوانتومی به صورت دقیق کنترل
کرده و نشر آن را اندازه بگیرند.
با تنظیم شدت تابش‌های لیزری آنها توانستند تغییرات ناشی از نواقص را تصحیح نموده و
سیگنال‌های بسیار ایده‌آل‌تری تولید نمایند.
این تیم تحقیقاتی اولین گروهی است که ثابت کرده است نقاط کوانتومی تنظیم شده با
لیزر می‌توانند به طور موثری فوتون‌ها را یکی یکی تولید نمایند، همانگونه که برای
رمزنگاری و کاربردهای دیگر لازم است.
|
