مدیر این پروژه می‌گوید: «ما اکنون آماده‌ایم تا این پیشرفت‌های علمی در مواد دوبعدی کوانتومی را به محصولات آماده فناوری تبدیل کنیم».
"پایگاه رسانه ای گرداب جهت اطلاع و افزایش دانش و سواد فضای مجازی مخاطبان خود و به ویژه دانشجویان، پژوهشگران و تصمیم گیران، ترجمه هایی در این زمنیه منتشر می‌کند. بدیهی است انتشار این مطالب، لزوما به معنای تایید محتوای آن نیست."
به گزارش گرداب، محققان یک منبع تک فوتونی با خلوص بالا ساخته‌اند که می‌تواند در دمای اتاق کار کند. این منبع گام مهمی به سوی کاربرد‌های عملی فناوری کوانتومی، مانند ارتباطات بسیار ایمن مبتنی بر توزیع کلید کوانتومی (QKD) است.
هلن زِنگ، یکی از اعضای تیم تحقیقاتی از دانشگاه فناوری سیدنی در استرالیا، گفت: «ما برای تولید فوتون‌هایی با خلوص بالا در یک سیستم مقیاس‌پذیر و قابل حمل که در دمای اتاق کار می‌کند، راه جدیدی ایجاد کردیم. منبع تک فوتونی ما می‌تواند توسعه سیستم‌های QKD عملی را پیش ببرد و می‌تواند در انواع برنامه‌های فوتونی کوانتومی دنیای واقعی ادغام شود».
در مجله Optica Publishing Group، زنگ و همکارانش از دانشگاه نیو ساوث ولز استرالیا و دانشگاه Macquarie، منبع تک فوتون جدید خود را توصیف کرده‌اند و نشان دادند که می‌تواند بیش از ده میلیون تک فوتون در ثانیه در دمای اتاق تولید کند. آن‌ها همچنین منبع تک فوتون را در یک دستگاه کاملاً قابل حمل که می‌تواند عملیات QKD را انجام دهد، گنجانده‌اند.
منبع تک فوتونی جدید به طور منحصربه‌فردی یک ماده دو بعدی به نام نیترید بور شش ضلعی را با یک جزء نوری به نام لنز غوطه‌وری جامد نیم‌کره‌ای ترکیب می‌کند که کارایی منبع را تا شش برابر افزایش می‌دهد.
تک فوتون در دمای اتاق
عملیات QKD با استفاده از خواص کوانتومی نور برای ایجاد کلید‌های تصادفی امن برای رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها، رمزگذاری غیرقابل نفوذی را برای ارتباطات و اطلاعات ارائه می‌دهد. سیستم‌های QKD به منابع قوی و درخشانی نیاز دارند که نور را به صورت رشته‌ای از فوتون‌های منفرد ساطع می‌کنند. با این حال، اکثر منابع تک فوتونی امروزی عملکرد خوبی ندارند مگر این که در دمای برودتی صد‌ها درجه زیر صفر کار کنند که این امر توان عملیاتی بودن آن‌ها را محدود می‌کند.
اگرچه نیترید بور شش ضلعی قبلاً برای ایجاد یک منبع تک فوتونی که در دمای اتاق کار می‌کند استفاده می‌شده است، اما تا کنون محققان نتوانسته‌اند به کارایی مورد نیاز برای کاربرد در دنیای واقعی دست یابند.
زنگ می‌گوید: «بیشتر روش‌هایی که برای بهبود منابع تک فوتون نیترید بور شش ضلعی استفاده می‌شوند، بر موقعیت دقیق ساطع کننده یا استفاده از ساخت نانو متکی هستند. این امر باعث می‌شود دستگاه‌ها پیچیده شوند و مقیاس‌پذیری و تولید انبوه آن‌ها آسان نباشد».
زنگ و همکارانش با استفاده از یک لنز غوطه‌وری جامد برای تمرکز فوتون‌هایی که از تابشگر تک فوتونی می‌آیند، راه‌حل بهتری ایجاد می‌کنند تا فوتون‌های بیشتری شناسایی شوند. این لنز‌ها به صورت تجاری در دسترس هستند و ساخت آن‌ها آسان است.
محققان منبع تک فوتون جدید خود را با یک میکروسکوپ کانفوکال قابل حمل سفارشی که می‌تواند تک فوتون‌ها را در دمای اتاق اندازه‌گیری کند، ترکیب کردند و سیستمی را ایجاد کردند که می‌تواند عملیات QKD را انجام دهد. منبع تک فوتون و میکروسکوپ کانفوکال درون یک بسته محکم قرار گرفته‌اند که ابعاد آن فقط ۵۰۰*۵۰۰ میلی متر و وزن آن حدود ۱۰ کیلوگرم است. این بسته همچنین برای مقابله با لرزش و نور سرگردان طراحی شده است.
زنگ گفت: «دستگاه ساده ما برای استفاده آسانتر و بسیار کوچکتر از میز‌های نوری سنتی است که اغلب کل آزمایشگاه‌ها را اشغال می‌کنند. این دستگاه اجازه می‌دهد تا سیستم در طیف وسیعی از طرح‌های محاسباتی کوانتومی استفاده شود. همچنین می‌تواند برای کار با زیرساخت‌های مخابراتی موجود سازگار شود».
نمایش رمزنگاری کوانتومی
آزمایش‌های منبع تک فوتون جدید نشان داد که می‌تواند مجموعه‌ای از تک فوتون ۱۰۷ هرتز را بدست آورد و در عین حال خلوص عالی را حفظ کند. به این معنی که هر پالس احتمال کمی دارد که بیش از یک فوتون داشته باشد. همچنین در طول چندین ساعت کار مداوم پایداری استثنایی را نشان داد. محققان همچنین توانایی سیستم را برای انجام عملیات QKD در شرایط واقعی نشان دادند و ثابت کردند که QKD ایمن با نرخ تکرار ۲۰ مگاهرتز در طول چندین کیلومتر امکان‌پذیر است.
اکنون که محققان اثبات کرده‌اند که دستگاه قابل حمل آن‌ها می‌تواند رمزنگاری کوانتومی پیچیده را انجام دهد، آن‌ها قصد دارند آزمایش‌های بیشتری را در مورد استحکام، پایداری و کارایی آن در طول رمزگذاری انجام دهند. آن‌ها همچنین قصد دارند از منبع جدید برای انجام QKD در شرایط واقعی به جای داخل آزمایشگاه استفاده کنند. ایگور آهارونوویچ که این پروژه را رهبری می‌کرد، گفت: «ما اکنون آماده‌ایم تا این پیشرفت‌های علمی در مواد دوبعدی کوانتومی را به محصولات آماده فناوری تبدیل کنیم».
______________________________________
منبع: Sciencedaily.com
