اخیراً محققانی از مؤسسه ملی استانداردها و فناوری(NIST) و مؤسسه کوانتومی جوینت (Joint Quantum Institute or JQI)، راهی جدید برای تنظیم دقیق نورِ منتشرشده از نقاط کوانتومی یافته‌اند. این کشف که در آن از یک جفت لیزر استفاده می‌شود، می‌تواند از نقاط کوانتومی، چشمههایی بسازد که جفت‌هایی از فوتونِ «هم‌بسته» تولید می‌کنند. چنین چشمههایی در فناوری‌های اطلاعات کوانتومی کاربردهای مهمی دارند و در صورت کامل شدنِ مراحل ساخت، می‌توان با استفاده از آن توسعه کاربردهای رمزنویسی پیشرفته قدرتمند را تسریع کرد.
تنظیم دقیق رفتار نقاط کوانتومی با استفاده از لیزرها
فوتون‌های هم‌بسته، یکی از نتایج شگفت‌انگیز مکانیک کوانتومی هستند. این فوتون‌ها حتی اگر به میزان زیادی از یکدیگر دور شوند ارتباط بین خود را حفظ می‌کنند. هم‌بستگی به این معناست که مشاهده یکی از این دو فوتون بلافاصله بر روی خصوصیات فوتونِ دوم تأثیر می‌گذارد. از این خصوصیت می‌توان در ارتباطات کوانتومی و در انتقال یک کلید رمزی با ماهیتی کاملاً محرمانه، بهره گرفت. در چنین کاربردی می‌توان هرگونه استراق سمع و یا نفوذ در شبکه را بلافاصله آشکار ساخت. یکی از اهداف این گروه، توسعه و اصلاح نقاط کوانتومی به‌منظور ساخت چشمه‌ای مناسب برای تابش فوتون‌های هم‌بسته است.
نقاط کوانتومی با اینکه از ده‌ها هزار اتم ساخته شده‌اند؛ اما در بسیاری از موارد تقریباً همانند یک ذره تک‌اتمی رفتار می‌کنند. البته برای کاربردهای ظریفِ رمزنگاری کوانتومی و در نسل جدید فناوری‌های اطلاعات، به ضریب اطمینان بیشتری نیاز است. با انرژی دادن به یک نقطه کوانتومی، همانند یک اتم منفرد، فوتون تابش می‌کند؛ اما عیوبی که در شکل یک نقطه کوانتومی وجود دارد باعث می‌شود که ترازهای انرژی‌ای که باید با یکدیگر همپوشانی داشته باشند، از یکدیگر جدا شوند. این امر، توازن دقیقی که برای تابش فوتون‌های هم‌بسته لازم است، را برهم می‌زند.
محققان مذکور برای حل این مشکل، از لیزرها استفاده کرده و به کمک آنها ترازهای انرژی نقاط کوانتومی را به دقت کنترل کردند. این راهکار دقیقاً مشابه با راهکاری است که فیزیک‌دانان در اواسط دهه ۱۹۷۰ در مورد اتم‌های منفرد استفاده کردند. این گروه به کمک دو لیزر(یکی برای تابش بر روی نقطه کوانتومی از بالا، و دیگری برای تابش از پهلو) توانستند حالت‌های انرژی را در یک نقطه کوانتومی تغییر داده، تابشِ نقطه مورد نظر را مستقیماً اندازه‌گیری کنند. آنها از طریق تنظیم شدت پرتوهای لیزر توانستند تغییراتِ ایجادشده به‌وسیله عیوب را اصلاح و سیگنال‌های ایده‌آل‌تری را تولید کنند.
به این ترتیب، این گروه برای نخستین بار نشان دادند که نقاط کوانتومی تنظیم‌شده با لیزر می‌توانند به شکل مؤثری فوتون‌ها را به‌صورت تک‌تک و یکی پس از دیگری تولید کنند (رمزنویسی کوانتومی و سایر کاربردها به این ویژگی نیازمندند).
ابزاری که این گروه ساخته‌اند، آنچنان کوچک و فشرده است که در کف دست جای می‌گیرد؛ البته هم‌اکنون برای استفاده از این ابزار به دماهای بسیار پایین نیاز است و باید آن را در یک ظرفِ هلیومِ مایع قرار داد. ظاهر فشرده این ابزار، برای کاربردهای رمزنگاری کوانتومی یک مزیت بزرگ محسوب می‌شود.
نتایج این تحقیق در نشریه Physical Review Letters به چاپ رسیده‌است.
