Tương lai của công nghệ lượng tử phụ thuộc vào việc khai thác các khái niệm cơ học lượng tử hấp dẫn như trạng thái lượng tử có chiều cao hơn. Những trạng thái này là thành phần cơ bản của khoa học thông tin lượng tử và công nghệ lượng tử. Để điều khiển những trạng thái này, các nhà khoa học đã chuyển sang sử dụng ánh sáng, đặc biệt là một đặc tính gọi là xung lượng góc quỹ đạo (OAM), liên quan đến cách ánh sáng xoắn và quay trong không gian. Đây là điểm mấu chốt: Việc tạo ra các photon đơn lẻ siêu sáng bằng OAM theo cách xác định là một vấn đề không thể vượt qua. Việc tạo ra các trạng thái vướng víu gần như xác định dựa trên xung lượng góc quỹ đạo cung cấp cầu nối giữa các công nghệ quang tử cho những tiến bộ lượng tử.
Chấm lượng tử: Công nghệ cầu nối
Chấm lượng tử (QD) là những hạt cực nhỏ có tiềm năng rất lớn. Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Rome Sapienza, Đại học Paris Saclay và Đại học Naples Federico II đã kết hợp các đặc tính của OAM với các đặc tính của chấm lượng tử để xây dựng cầu nối giữa hai công nghệ tiên tiến. Kết quả nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Advanced Photonics.
Sơ đồ khái niệm của giao thức được đề xuất. Bằng cách điều khiển sự phân cực và OAM của các photon đơn lẻ được tạo ra bởi các nguồn sáng QD theo cách gần như xác định, hai bậc tự do tương tác thông qua tấm q để tạo ra trạng thái vướng víu trong hạt. Trong cơ chế giữa các hạt, hai photon, được đặc trưng bởi các trạng thái cụ thể trong không gian hỗn hợp bao gồm sự phân cực và OAM, giao thoa thông qua bộ tách chùm. Bằng cách chọn số lượng trùng khớp, một cổng vướng víu xác suất được thực hiện. Nguồn: AlessiaSuprano
Đổi mới ở đâu? Cây cầu họ xây dựng có thể được sử dụng linh hoạt cho hai mục đích. Đầu tiên, nó có thể tạo ra các photon đơn thuần tinh khiết vướng vào không gian phân cực OAM mà các nhà nghiên cứu có thể đếm trực tiếp. Thứ hai, cây cầu này còn có thể tạo ra các cặp photon có mối tương quan chặt chẽ trong thế giới lượng tử. Chúng bị vướng víu, do đó trạng thái của mỗi photon riêng lẻ không thể được mô tả độc lập với trạng thái của photon kia, ngay cả khi chúng ở xa nhau. Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với truyền thông và mã hóa lượng tử.
Nền tảng mới này có khả năng tạo ra các trạng thái vướng víu lai cả bên trong và giữa các hạt, tất cả đều thuộc về không gian Hilbert nhiều chiều. Một mặt, nhóm nghiên cứu đã đạt được việc tạo ra các photon đơn thuần có trạng thái lượng tử thể hiện tính không thể tách rời trong miền phân cực OAM lai. Bằng cách sử dụng nguồn lượng tử gần như xác định kết hợp với tấm q, một thiết bị có khả năng điều chỉnh giá trị OAM dựa trên sự phân cực của một photon đơn lẻ, các nhà nghiên cứu có thể xác minh trực tiếp các trạng thái này thông qua việc đếm từng photon, do đó tránh được nhu cầu về quá trình báo trước và tăng tốc độ tạo ra.
Mặt khác, nhóm nghiên cứu cũng sử dụng khái niệm về tính không thể tách rời trong các photon đơn lẻ làm nguồn lực để tạo ra các cặp photon đơn lẻ vướng víu trong không gian phân cực OAM lai.
Giáo sư Fabio Sciarrino, Giám đốc Phòng thí nghiệm Thông tin Lượng tử của Khoa Vật lý tại Đại học Rome Sapienza, nhận xét: "Sơ đồ linh hoạt được đề xuất thể hiện một bước tiến cho các thí nghiệm đa chiều cao, có thể cung cấp nghiên cứu cơ bản và các ứng dụng photon lượng tử. Một nền tảng quan trọng. "
Tác động đến Công nghệ Lượng tử
Về cơ bản, nghiên cứu này đánh dấu một bước quan trọng trong việc theo đuổi các công nghệ lượng tử tiên tiến. Nó giống như kết nối hai thành phố lớn. Kết nối này mở ra những khả năng thú vị cho điện toán lượng tử, truyền thông, v.v. Vì vậy, đây không chỉ là khoa học mà còn là tương lai.