După cum explică dr. Michal Karpinski, șeful Laboratorului de fotonică cuantică al Facultății de Fizică de la Universitatea din Varșovia, pe site-ul web al Universității din Varșovia, lumina permite transmiterea rapidă a datelor prin rețelele de comunicații cu fibră optică. Această capacitate de transmitere a informațiilor de a transmite informații cuantice poate fi extinsă prin codificarea acesteia în particule individuale de lumină – fotoni.

„Pentru ca fotonii să fie încărcați în mod eficient în dispozitive care procesează informații cuantice, aceștia trebuie să aibă proprietăți specifice: lungimea de undă centrală corectă, adică frecvența, durata corectă și spectrul, adică spectrul de frecvență” – co-autor enumerează o lucrare publicată. în „Fotonica naturii” https: // www. .nature.com/articles/s41566-023-01214-z.

Grosimea sticlei lentilei se modifică în timp

Cercetătorii din întreaga lume au dezvoltat prototipuri de computere cuantice folosind diferite tehnici – ioni prinși, puncte cuantice, circuite electrice supraconductoare sau nori atomici ultrareci. Aceste platforme de procesare a informațiilor cuantice funcționează pe scări de timp de la picosecunde la nanosecunde la microsecunde. Pentru a conecta astfel de dispozitive la o rețea cuantică, este necesar un dispozitiv care să modifice proprietățile impulsurilor cuantice de lumină transmise – fotoni unici.

Oamenii de știință de la Nature Photonics au prezentat un traductor care permite modificarea duratei pulsului de până la 200 de ori, cu o eficiență de până la 25%. Dr. Karpinski afirmă că legătura de internet cuantică rezultată poate rula de până la 50 de ori mai repede. Elementul cheie al tehnicii dezvoltate la Universitatea din Varșovia este așa-numita lentilă temporală.

„Lentila spațială clasică modifică dimensiunea fasciculului de lumină, focalizându-l sau difuzând-o. Focalizarea fasciculului de lumină se obține folosind o lentilă convexă, în care grosimea sticlei scade odată cu distanța de la centrul său. În mod similar, Lentila poate scurta sau prelungi impulsurile de lumină, dar aici grosimea optică efectivă a sticlei se modifică în timp, nu în spațiu ”- explică dr. Philip Swinicki de la Laboratorul de Fotonică Cuantică, care a fost responsabil cu dezvoltarea experimentului.

„Pentru a focaliza un fascicul larg de lumină, lentila trebuie să fie suficient de mare, ceea ce, la rândul său, o face să fie foarte convexă, ceea ce crește foarte mult cantitatea și, prin urmare, greutatea de sticlă necesară pentru a o produce. Alternativ, putem folosiți o lentilă Fresnel, cunoscută încă din secolul XIX, a cărei formă specială reduce grosimea unei astfel de lentile la doar câțiva milimetri sau mai puțin. Ca parte a cercetării noastre, am creat un echivalent temporar al acestei lentile Fresnel „- explică dr. Sonecki. . Lentilele Fresnel sunt folosite, de exemplu, în faruri, balize, semnale feroviare și telefoane mobile.

Impact puternic fără a deteriora lentila

Cercetătorii au folosit efectul fotoelectric. Vă permite să modificați indicele de refracție al unui cristal (în acest caz, niobat de litiu) în funcție de câmpul electric extern aplicat acestuia. Folosind semnale electrice de mare viteză, este posibil să se obțină grosimea optică variabilă în timp a cristalului necesară pentru a crea o lentilă temporală. Cu toate acestea, un câmp electric foarte puternic poate distruge cristalul.

„În tehnica pe care am dezvoltat-o, creștem indicele de refracție în etape, similar cu o lentilă Fresnel spațială. În acest fel obținem un efect puternic fără a distruge cristalul. Acest lucru permite modulații mult mai mari ale impulsurilor de lumină cuantică”, a explicat dr. . . Karpiński. Astfel de proceduri „la scară” necesită utilizarea electronicelor ultrarapide cu microunde. Dr. Philip Sośnicki compară faptul că rețelele 5G sau Wi-Fi rapid funcționează la frecvențe de la 3 la 5 GHz – în timp ce semnalele oamenilor de știință de la Universitatea din Varșovia sunt de șapte ori mai rapide, cu frecvențe de până la 35 GHz.

Fizicienii intenționează să testeze transferul de fotoni între diferite tipuri de platforme și să mărească distanța de transport a fotonilor. „Până acum l-am transmis între dispozitive într-un singur laborator, iar acum vom încerca să-l transferăm între diferite clădiri și chiar orașe”, spune dr. Michal Karpinski.

După cum se subliniază pe site-ul web al Universității din Varșovia, munca grupului de fizicieni este un pas important pe calea construirii rețelelor cuantice. Rețelele mici pot forma un singur computer cuantic. Extensive va crea un internet cuantic și va permite o transmisie de date mai sigură decât există în prezent între computerele cuantice din diferite părți ale lumii.

Universitatea a raportat că deja în 2016, oamenii de știință de la Facultatea de Fizică a Universității din Varșovia, în cooperare internațională, au prezentat un prototip al traductorului în „Fotonica naturii”. Dispozitivul a făcut posibilă modificarea duratei impulsului luminos de șase ori, cu o eficiență de peste 30 la sută. Tehnica folosită la acea vreme, modularea fotoelectrică simplă, avea limitări și permitea o scurtare de zece ori a duratei pulsului.

Știința în Polonia – Karolina Duszczyk

coloană / bară /