15:54 2023-01-26
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Noul detector ar putea permite comunicarea cuantică de mare viteză
_ Noul detector ar putea activa comunicare cuantică de mare viteză
Cercetătorii au dezvoltat un nou detector care poate măsura cu precizie fotoni unici la viteze foarte mari. Noul dispozitiv ar putea ajuta la realizarea comunicării cuantice de mare viteză.
Comunicația cuantică folosește lumina la nivel de un singur foton pentru a trimite informații cuantice codificate, cum ar fi cheile de criptare în distribuția cheilor cuantice. Datorită legilor fizicii, datele transmise în acest mod sunt garantate să rămână în siguranță. Trimiterea de informații la viteze mai mari necesită un singur detector de fotoni care nu numai că poate detecta rapid fotonii, ci și să le măsoare cu precizie timpii de sosire.
Într-un articol publicat în Optica, cercetătorii conduși de Matthew D. Shaw de la NASA Jet Propulsion Laboratorul descrie și demonstrează noul detector pentru măsurarea timpilor de sosire a fotonilor, pe care îl numesc detector PEACOQ (matrice de performanță îmbunătățită pentru numărarea cuantelor optice).
„Noul nostru detector este format din 32 de nanofire supraconductoare de nitrură de niobiu. pe un cip de siliciu, care permite rate ridicate de numărare cu precizie ridicată”, a spus membrul echipei de cercetare Ioana Craiciu, cercetător postdoctoral. „Detectorul a fost proiectat având în vedere comunicarea cuantică, deoarece aceasta este o zonă tehnologică care a fost limitată de performanța detectorilor disponibili.”
Detectorul a fost dezvoltat ca parte a unui program NASA pentru a permite noi tehnologii. pentru comunicarea cuantică spațiu-sol, care poate permite schimbul de informații cuantice pe distanțe intercontinentale în viitor. Această lucrare se bazează pe tehnologia dezvoltată pentru proiectul NASA Deep Space Optical Communication, care va fi prima demonstrație a comunicării optice în spațiul liber din spațiul interplanetar.
„În prezent, nu există un alt detector care să poată număra fotoni unici. asta rapid cu aceeași rezoluție de timp”, a spus Craiciu. „Știm că acest detector va fi util pentru comunicarea cuantică, dar sperăm, de asemenea, că ar putea permite alte aplicații pe care nu le-am luat în considerare.”
Accelerarea ratelor de transmisie a comunicațiilor cuantice necesită un detector la capătul receptor. care poate face măsurători rapide și prezintă un timp mort scurt, astfel încât să se poată lupta cu o rată mare de sosire a fotonilor. Detectorul trebuie, de asemenea, să măsoare cu precizie timpul de sosire a fotonilor.
„Deși există detectoare care pot măsura timpii de sosire a fotonilor cu mare precizie, ei se străduiesc să țină pasul atunci când fotonii sosesc în succesiune rapidă și pot rata unii dintre fotoni sau greșesc orele de sosire”, a spus Craiciu. „Am proiectat detectorul PEACOQ pentru a măsura cu precizie timpii de sosire ai unor fotoni unici, chiar și atunci când aceștia lovesc detectorul la o rată mare. De asemenea, este eficient – nu ratează mulți dintre fotoni.”
Detectorul PEACOQ este fabricat din nanofire cu o grosime de doar 7,5 nm sau de aproximativ 10.000 de ori mai subțire decât un păr uman. Operarea la temperaturi foarte scăzute - în jur de 1 Kelvin sau -458 °F - face ca nanofirele să fie supraconductoare, ceea ce înseamnă că nu au rezistență electrică. În condiții supraconductoare, orice foton care lovește un fir are șanse mari să fie absorbit de acel fir. Orice fotoni absorbiți creează un punct fierbinte care crește rezistența electrică a firului într-un mod detectabil. Un computer împreună cu un convertor timp-digital este folosit pentru a înregistra când s-a schimbat rezistența și, prin urmare, când un foton a ajuns la detector.
„Când detectorul măsoară un foton, emite un impuls electric, iar convertorul time-to-digital măsoară foarte precis timpul de sosire a acestui impuls electric, cu o rezoluție sub 100 de picoseconde sau de 70 de milioane de ori mai rapidă decât o pocnire a degetelor”, a spus Craiciu. „Am dezvoltat un nou convertor timp-digital care poate măsura până la 128 de canale simultan cu această rezoluție de sincronizare, ceea ce este important deoarece detectorul nostru are nevoie de 32 de canale”.
Pentru a demonstra noul detector, cercetătorii l-au răcit la 1 Kelvin instalându-l într-un criostat. Ei au folosit o configurație de testare personalizată pentru a trimite lumină în criostat către detector și un lanț de electronice pentru a transmite semnalul de ieșire al detectorului din criostat, a-l amplifica și a-l înregistra. Deoarece există 32 de nanofire, cercetătorii au fost nevoiți să folosească 32 de seturi din fiecare componentă, inclusiv 32 de cabluri și 32 de fiecare tip de amplificator.
„Am fost foarte mulțumiți de cât de bine a funcționat detectorul”, a spus Craiciu. . „Rata la care poate măsura fotonii a fost cea mai mare pe care am văzut-o. Necesită o configurație complexă, deoarece fiecare dintre cele 32 de nanofire este citită individual, dar pentru aplicațiile în care într-adevăr trebuie să măsurați fotonii la o rată mare, cu precizie ridicată, merită osteneala.”
De obicei, informațiile cuantice transmise sunt setate la un ceas, fiecare informație fiind codificată într-un foton și trimisă pe o căpușă. Cât de precis puteți măsura timpul de sosire a fotonilor la receptor determină cât de apropiate pot fi căpușele fără a face o greșeală și, prin urmare, determină cât de repede puteți trimite informațiile. Noul detector face practică comunicarea cuantică cu o frecvență de ceas de ultimă generație de 10 GHz.
Cercetătorii încă lucrează pentru a aduce îmbunătățiri detectorului PEACOQ, care este în prezent despre Eficiență de 80% - ceea ce înseamnă că 20% din fotonii care lovesc detectorul nu sunt măsurați. Ei intenționează, de asemenea, să construiască o unitate de recepție portabilă care poate fi folosită pentru experimente de comunicare cuantică. Acesta va conține mai mulți detectoare PEACOQ împreună cu optică, electronice de citire și un criostat.
Comentarii:
Adauga Comentariu