במקום להגביר את האור הנכון: שיטה חדשה ליצירת פוטונים בודדים לתקשורת קוונטית

לארביום יש יתרון נוסף: הפליטה שלו נמצאת בקרבת תחום התקשורת שבו משתמשים סיבי זכוכית אופטיים בעלי אובדן נמוך. לכן, ממשקים מרובי-ערוצים של ספין–פוטון המבוססים על המבנה הזה עשויים בעתיד לשמש צמתים רבים הניתנים לשליטה נפרדת בקישורים קוונטיים על גבי סיבים. עם זאת, מדובר ביישום עתידי — לא בהדגמה של רשת קוונטית ארוכת-טווח.

מטייוואן: מודל לשליטה בקורלציות של פוטונים וזיכרון

חוקרים מהאוניברסיטה הלאומית צ'נג קונג ומהאוניברסיטה הלאומית צ'ינג חואה פיתחו תיאוריה הכוללת את התפשטות האור ואת אופייה הפתוח של המערכת עבור מקורות פוטונים ראמניים לפי פרוטוקול DLCZ — על שם דואן, לוקין, סיראק וזולר.

המסגרת משלבת תיאור הייזנברג–לנג'ווין של רעש קוונטי ודינמיקה אטומית עם תיאור ההתפשטות של השדות האופטיים באמצעות משוואות מקסוול–שרדינגר. היא כוללת גם את חלוקת האוכלוסייה האטומית הנגרמת מפולס הכתיבה.

באמצעות המודל ניתן לחזות יחד את פליטת פוטוני הסטוקס לאורך זמן, את יצירתו והתפתחותו של גל הספין הקולקטיבי, את צורת הגל הזמנית של פוטון האנטי-סטוקס לאחר השליפה, ואת הקורלציות בין שני הפוטונים בזמן אמת בתנאים מציאותיים.

התוצאה המרכזית שאושרה בניסוי היא שמספר הצירופים הקורלטיביים האמיתיים גדל בקירוב באופן ליניארי עם מספר העירורים הממוצע של גל הספין, בעוד שמספר הצירופים המקריים גדל בקצב מהיר יותר — בקירוב ריבועי. לכן, הקורלציה המנורמלת בין זוגות הפוטונים מתחזקת כאשר מספר העירורים הממוצע קטן. בניסויים המדווחים, פולסי כתיבה קצרים יותר שיפרו את הקורלציות.

המשמעות המעשית היא שהמודל מאפשר לתכנן באופן כמותי את משך ועוצמת פולסי הכתיבה והקריאה, את מועד השליפה ואת חלונות הזמן למדידה. כך ניתן לאזן בין קצב יצירת זוגות פוטונים מאומתים לבין הצורך לצמצם רקע של עירורים מרובים וצירופים מקריים. השליטה הקלאסית בשליפה מאפשרת גם לחתוך או לשער את חבילת הגל של האנטי-סטוקס, כדי לשפר התאמה של מצבים זמניים בין זיכרונות וצמתים מרוחקים.

צעד משלים בדרך לרשת קוונטית

התוצאה ממינכן היא אסטרטגיה של חומרים וממשק פוטון–חומר: היא מדכאת את הפליטה הלא רצויה ומסייעת לייצר פוטונים בודדים נקיים יותר. התוצאה מטייוואן היא מסגרת לתכנון מקור הפוטונים והזיכרון: היא מסייעת לשלוט בתזמון ובקורלציות של זוגות הפוטונים.

ביחד, שני הכיוונים מצביעים על האפשרות לבנות בעתיד ממשקים מרובי-ערוצים, תואמי תקשורת אופטית, שבהם ניתן יהיה להנדס גם את תדר הפוטון וגם את צורתו הזמנית ואת הקורלציות שלו — דרישות חשובות עבור מחזירים קוונטיים, המאפשרים להעביר מידע קוונטי למרחקים גדולים יותר.

חשוב לציין כי המחקר מטייוואן פורסם כפרסום מקדים ב-arXiv. לכן, יש להתייחס לטענות הניסוי שבו כאל תוצאות שטרם עברו ביקורת עמיתים עצמאית.