محققان دانشگاه اوزاکا با روشی مبتنی بر علم نانو، که به خوبی تثبیت شده و با فناوری‌های ارتباطی پیشرفته آینده سازگار است، کارایی انتقال اطلاعات کوانتومی را بهبود بخشیده‌اند.
ساخت نانوآنتنی برای ارتباطات کوانتومی از راه دور و بسیار اَمن
ذخیره‌سازی و انتقال اطلاعات به روش یک و صفر ساده، مانند فناوری‌های کامپیوترهای کلاسیک امروزی، برای فناوری‌های کوانتومی در حال توسعه کافی نیست. محققان ژاپنی نانوآنتنی ساخته‌اند که به نزدیک‌تر کردن شبکه‌های اطلاعاتی کوانتومی به کاربرد عملی کمک می‌کند.
در مطالعه‌ای که در Applied Physics Express منتشر شده است، محققان دانشگاه اوزاکا و شرکای هم‌کار تبدیل فوتون به الکترون را از طریق یک نانوساختار فلزی به‌طور قابل توجهی افزایش داده‌اند که گام مهمی به جلو در توسعه فناوری‌های پیشرفته برای به اشتراک‌گذاری و پردازش داده‌ها است.
اطلاعات کامپیوترهای کلاسیک بر اساس بازخوانی‌های ساده روشن/خاموش است. استفاده از فناوری معروف به تکرارکننده برای تقویت و ارسال مجدد این اطلاعات در فواصل طولانی بسیار ساده است. اطلاعات کوانتومی مبتنی بر بازخوانی‌های نسبتاً پیچیده‌تر و مطمئن‌تر، مانند قطبش فوتون و اسپین الکترون است. نانوساختار‌های نیمه هادی که به نقاط کوانتومی معروف‌اند، موادی هستند که محققان برای ذخیره و انتقال اطلاعات کوانتومی پیشنهاد کرده‌اند. با این حال، فناوری‌های تکرارکننده کوانتومی دارای محدودیت‌هایی هستند، برای مثال، روش‌های فعلی برای تبدیل اطلاعات مبتنی بر فوتون به اطلاعات مبتنی بر الکترون بسیار ناکارآمد هستند. غلبه بر این چالش تبدیل و انتقال اطلاعات همان چیزی است که محققان دانشگاه اوزاکا به آن پرداختند.
ریو فوکای، نویسنده اصلی این مقاله توضیح می‌دهد: «بازده تبدیل تک فوتون‌ها به تک الکترون‌ها در نقاط کوانتومی آرسنید گالیم، مواد رایج در تحقیقات ارتباطات کوانتومی، در حال حاضر بسیار کم است. بر این اساس، ما یک نانوآنتن متشکل از حلقه‌های متحدالمرکز فوق‌العاده کوچک طلا طراحی کردیم تا نور را روی یک نقطه کوانتومی متمرکز کند و در نتیجه ولتاژ دستگاه ما بازخوانی شود.
محققان در مقایسه با زمانی که از نانوآنتن استفاده نمی‌شود، جذب فوتون را تا ۹ برابر افزایش دادند. پس از روشن کردن یک نقطه کوانتومی، بیشتر الکترون‌های تولید شده در آنجا گیر نمی‌افتند و در عوض در ناخالصی‌ها یا مکان‌های دیگر در دستگاه تجمع می‌یابند. با این وجود، این الکترون‌های اضافی حداقل بازخوانی ولتاژی را ارائه می‌دهند که به آسانی از ولتاژ تولید شده توسط الکترون‌های نقطه کوانتومی متمایز می‌شود و بنابراین بازخوانی مورد نظر دستگاه را مختل نمی‌کند.
آکیرا اویوا، نویسنده ارشد این مقاله می‌گوید: «شبیه‌سازی‌های نظری نشان می‌دهند که می‌توانیم جذب فوتون را تا ضریب ۲۵ افزایش دهیم. بهبود هم ترازی منبع نور و به طور دقیق‌تر، ساخت نانوآنتن مسیرهای تحقیقاتی در حال انجام در گروه ما است.»
این نتایج کاربردهای مهمی دارند. اکنون محققان ابزاری برای استفاده از نانو فوتونیک‌های تثبیت شده برای پیشبرد چشم‌انداز شبکه های اطلاعاتی و ارتباطات کوانتومی آینده دارند. با استفاده از ویژگی‌های فیزیک انتزاعی مانند درهم‌تنیدگی و برهم نهی، فناوری کوانتومی می‌تواند امنیت اطلاعات و پردازش داده‌های بی‌سابقه‌ای را در دهه‌های آینده فراهم کند.
