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量子通讯:光子对50万亿分之一秒内构成!
2019-05-29 22:20:28

在未来,量子物理将成为信息技术安全的确保。为了抵达这一意图,光的单个粒子被用于数据的安全传输。来自马普固态研讨所物理学家的发现或许会起到关键作用。研讨人员偶尔发现了一种光源,它能从电子的能量中发作光子对。其间一种光粒子有或许作为软弱量子信息的载体,另一种则作为信使,提早告诉它的孪生兄弟。与量子通讯不同,厨师能够检查他需求的一切配料是否都在橱柜里,究竟,面粉在你看一眼的时分不会蜕变。

一位物理学家企图测验传输量子信息的程序是否按计划作业,这是一个十分扎手的问题。量子物体在被调查,即被丈量时,会改动它们的状况。在量子通讯中,这使得操控光子传输的信息变得困难。但这是十分重要的一点。每一次与环境的触摸都会损坏光子所传输的量子信息,而且,单光粒子的来历往往只发作十分不规林师傅在首尔则的单个光子。你怎么确保光子在没有丈量的情况下就在路上呢?光子对是解,一个光子能够作为它孪生兄弟的信使。

光子对的意外来历

马克斯普朗克固体研讨所的科学家们现在发现了这种光子对一个意想不到的来历:扫描地道显微镜。研讨人员一般运用这种显微镜来研讨导电或半导体资料的外表。显微镜是依据量子隧穿效应。这描绘了电子怎么有必定的概率经过一个势垒,而依据经典物理学,这个势垒一般是不能经过的。在扫量子通讯:光子对50万亿分之一秒内构成!描隧穿显微镜中,对金属针尖施加电压,使电子在很短的距离内隧穿到样品上。假如一个电子在这个隧穿进程中失掉能量,就会发作光。正是这种光,物理学家们研讨了好几年,现在带来了一个令人惊奇的发现:

  • 图示受控量子信号:当电子(浅蓝色)从扫描地道显微镜的顶级隧穿到样品时,光子对(黄色和赤色)的发作频率比之前假定的要高。这在量子通讯中拓荒了一种或许性,即在一个光子传输信息的一起,验证另一个光子的传输。图片:Klaus Kuhnke/MPI fr Festkrperforschung

在隧穿进程中,除了单个的光粒子,光子对也构成了,其速度是理论猜测的1万倍。科学家克里斯托弗利昂解说说:依据理论,光子对构成的概率十分低,永久不会看到它,但咱们的试验标明,光子对的发作速度要快得多,这对咱们来说是一个巨大的惊喜!物理学家运用两个探测器丈量光子对,使他们能够丈量抵达光子之间的时刻距离。首席科学家克劳斯库恩克(Klaus Kuhnke)解说说:当光子对在隧穿结中构成时,不到50万亿分之一秒,现在,还不能确认光子是一起发作的,仍是接连快速发作的,由于探测器的分辨率还不够高。

地道结的运用

这一发现为地道结在光子学和量子通讯范畴拓荒了新的运用远景,科学家们现已知道发作光子对的进程,但大多数进程都运用强激光。此外,所需的设备十分小,而且该进程在原子标准上进行。这意味着新的光源也能够用于未来几代计算机芯片,用光学元件替代电子元件。运用光子的一个长处是,它们确量子通讯:光子对50万亿分之一秒内构成!保了快速和无损的数据传输。究人员进行的试验中光子对速度十分快,可是试验所需的超高真空和极低温度仍然是一个实践的应战。

科学家下一步是找出丈量一个光子是否会直接影响另一个光子的状况。假如是这样,光粒子就会羁绊。这种羁绊粒子在量子密码学中至关重要。这些成果也提出了光子对怎么构成的基本问题。到现在为止,这一进程简直一向被理论布景所忽视。光子对发作的现实标明,一个杂乱的进程必定正在发作。这一进程令人兴奋,由于它为光的发作拓荒了一个新视角!

博科园|研讨/来自:马量子通讯:光子对50万亿分之一秒内构成!克量子通讯:光子对50万亿分之一秒内构成!斯普朗克学会参阅期刊《Science Advances》DOI: 10.1126/sciadv.aav4986博科园|科学、科技、科研、科普