Фізики домоглися передачі між двома молекулами, що виступали одночасно в ролі передавальних і приймаючих антен, єдиних фотонів світла

Вчені з університету ETH Zurich та Інституту вивчення світла Макса Планка (Max Planck Institute for the Science of Light) домоглися реалізації передачі між двома молекулами, що виступали одночасно в ролі передавальних і приймаючих антен, єдиних фотонів світла. Здатність передавати поодинокі фотони світла є ідеальним рішенням для деяких додатків в областях квантових комунікацій, квантової криптографії або в квантових комп’ютерах.

Індивідуальні частки світла, фотони, є засобом передачі квантової інформації, кубітів. Це вже використовується в квантової криптографії, де поодинокі фотони виступають в якості носіїв інформації, яку неможливо перехопити або вважати стороннім обладнанням без руйнування самої інформації або сигналізації про несанкціонований доступ. Такі рішення досить широко застосовуються в обміні даними між банками, іншими фінансовими установами.

Одиничний фотон так само «непомітний» для молекули, як і для людського ока. У попередніх експериментах учені-фізики розміщували атоми або молекули між двома крихітними дзеркалами. Поодинокі фотони відбивалися від цих дзеркал незліченну кількість разів, що дозволяло збільшити у багато разів ймовірність того, що атом «помітить» фотон і поглине його. Для того, що б зробити все те ж саме, але без використання дзеркал, ученим довелося використовувати кілька оригінальних фізичних прийомів.

По-перше, дослідники розмістили єдину молекулу барвника DBATT (dibenzanthanthrene) між шарами молекул інших органічних матеріалів. Потім два таких «пакету», які містять молекули барвника, були рознесені на відстань кілька метрів і з’єднані оптоволоконним кабелем.

Наступним кроком був точний вибір молекули-передавача, «повідомлення» від якої могло бути прийнято на іншому кінці комунікаційного каналу. «Це означає, що передавальна молекула повинна випустити фотон точно такого ж кольору, який може бути поглинений тільки молекулою-одержувачем» – пояснює професор Штефан Гецингер (Professor Stephan Gotzinger).

Температурні коливання молекул приймача і передавача були зведені до мінімуму за допомогою зниження температури до значення -272 градуси Цельсія, тобто практично до абсолютного нуля.

Молекулу на одному кінці перетворили на передавач, освітивши її світлом лазера. В результаті ця молекула почала виробляти ланцюжок з одиничних фотонів, які були сфокусовані за допомогою лінзи і введені в оптичне волокно.

Молекула-приймач на іншому кінці виявилася здатна поглинути лише три відсотки передаються фотонів, переизлучая далі поглинені фотони з невеликою затримкою. І ця затримка, яка залежить від параметрів фотона, може виступати в якості носія переданої і прийнятої інформації.

Поки що вченим вдалося реалізувати подобу одностороннього комунікаційного радіоканалу.

«Але найближчим часом ми збираємося змусити фотон кілька разів пройти шлях туди і назад між двома молекулами» – пояснює професор Гецингер. – «Така зв’язок міцно заплутала б на квантовому рівні ці дві молекули, що дозволило б використовувати їх для високошвидкісного обміну даними в квантових комп’ютерах і зашифрованих каналах передачі даних».

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *