Безопасность цифровых коммуникаций и совершенствование информационных технологий – главные задачи цифровой эры. Квантовая фотоника предоставляет многообещающие решения для создания неуязвимых криптографических систем и сверхскоростных вычислений. Недавнее исследование ученых из Еврейского университета в Иерусалиме, Лос-Аламосской национальной лаборатории и Университета Ульма привело к значительным успехам: интеграции однофотонных источников в чипы при комнатной температуре. Это важный шаг на пути к появлению практичных и доступных квантовых фотонных устройств.
Главное нововведение, приведённое в исследовании, опубликованном в журнале… Разработка гибридной антенны из металла и диэлектрика, напоминающей мишень, существенно улучшает управление и направленность фотонов на квантовом уровне. Антенна позволяет «обратно возбуждать» фотоны, испуская их прямо вперед для оптимизации сбора. Исследования проводились под руководством докторанта Боаза Любоцки и профессора Ронена Рапапорта из Еврейского университета Иерусалима.
В центр антенны поместили фотонный излучатель – коллоидные квантовые точки или наноалмазы с кремниевой сердцевиной, которые обладают высокой способностью генерировать одиночные фотоны даже при комнатной температуре. Это позволило создать систему, где фотоны не только эффективно генерируются, но и направляются строго вперед. Такой метод фронтальной связи особенно эффективен, поскольку позволяет направлять фотоны в оптику с малым углом сбора света или непосредственно в оптическое волокно без значительных потерь сигнала.
Возможность управлять направлением и мощностью излучения фотонов имеет огромный смысл, особенно для встраивания квантовых технологий в практические приборы. Тестируемые устройства продемонстрировали высокую эффективность сбора данных, приблизительно 70%, даже при малых числовых апертурах. Такая результативность означает, что большая часть испускаемых фотонов может быть захвачена и использована. Упрощая процесс интеграции квантовых источников света в устройства, данный прорыв снижает технические сложности и ускоряет развитие новых технологий на базе квантовой фотоники.
Криптографические применения
Результаты исследования, позволяющие интегрировать однофотонные источники при комнатной температуре в компактные чипы, могут быть использованы в квантовой криптографии. Технология позволяет создавать защищенные системы связи, применяя уникальные свойства квантовой механики для обеспечения безопасности обмена информацией.
Учитывая растущую важность защиты данных, это открытие — многообещающее решение для укрепления коммуникаций против кибератак. Возможно, в будущем оно будет пригодно даже против квантовых компьютеров, которые потенциально смогут разрушить существующие шифровальные системы. Повышение эффективности обнаружения фотонов также откроет путь к значительным улучшениям в разных технологиях: от сверхчувствительных медицинских датчиков до точных систем экологического мониторинга и навигации.
Успешная интеграция упрощает разработку и производство квантовых фотонных устройств, делая их более доступными для коммерческих приложений. Устранив главные проблемы при объединении фотонных источников с микрочипами, открылись новые и интересные перспективы для прогресса в области передовых квантовых технологий. «.