Sintētiskie dimanti vada Princeton komandu kvantu šifrēšanai

Informācijas kvantu bitu vai qubits saglabāšana ir daudz grūtāk nekā parasto bināro ciparu saglabāšana. Tas nav vienkārši tie, kas ir nulle, bet gan visu smalko kvantu superpozīciju diapazons. Elektroni var viegli izbīdīt no šīm valstīm, ja tie nav saglabāti pareizajos materiālos, tāpēc Princeton elektrotehnikas speciālisti strādā ar Apvienotās Karalistes ražotāju, lai izveidotu labāku uzglabāšanas materiālu - sintētiskos dimantus - no nulles. Viņi ceturtdien publicēja pārskatu par panākumiem Zinātne.

Jau vairākus gadu desmitus fiziķi, materiālu inženieri un citi ir mēģinājuši sasniegt konceptuālu solījumu par kvantu šifrētiem sakariem, jo ​​šajā procesā pārsūtītie dati teorētiski ir imūni pret slēpto uzraudzību. Jebkurš mēģinājums novērot, ka dati starp pusēm - à la Heisenberg nenoteiktības principu - būtiski mainītu šo informāciju, ātri atklājot, ka tas ir apdraudēts. Problēma ir bijusi qubits uzglabāšana un saglabāšana, un pēc tam pārveidojot tos par optisko šķiedru gataviem fotoniem, un, izmantojot dimantus, ir ceļš uz abu virzienu sasniegšanu. Bet ne tikai jebkurš dimants darīs, tāpēc Princeton komanda ir bijusi smaga, strādājot, veidojot sintētisku, kā to raksturo savā rakstā.

“Īpašības, kuras mēs esam mērķējušas, ir kvantu tīkliem atbilstošas,” stāsta elektrotehnikas Nathalie de Leon Apgrieztā. Princetonā, kur de Leon ir docents, viņas komandas uzmanības centrā ir kvantu aparatūras izgudrošana. „Tā ir lietojumprogramma, kurā vēlaties kaut ko, kam ir ilgs uzglabāšanas laiks, un tad tam ir arī labs interfeiss ar fotoniem, lai jūs varētu nosūtīt gaismu ļoti lielos attālumos.”

Fotoniskās mijiedarbības ir ļoti svarīgas ātrgaitas starptautiskajiem sakariem, jo ​​visa informācija, kas pārvietojas pa optisko šķiedru kabeļiem, pārvietojas caur mūsu globālo infrastruktūru kā diskrētiem fotoniem, kas kursē 69% no gaismas ātruma. (Nicā.)

„Tas rada daudz šķēršļu optiskajām īpašībām,” de Leon saka. “Kā viens piemērs ir ļoti svarīgi, lai krāsa būtu stabila. Ja fotona krāsa laika gaitā lec, tad šie protokoli patiešām ir slikti."

Pašlaik de Leon grupa mēģina veidot šo sintētisko dimantu versiju, kas var pārvērsties par standarta 1550 nanometru viļņu garumu, uz kura fotoni tagad šķērso optisko šķiedru kabeļus. Pašlaik viņas komandas sintētiskie dimanti atbalsta 946 nanometru fotonu viļņu garumus. (Fotona “krāsa” ir mazliet eufemisma, jo abi šie viļņa garumi ir infrasarkanā starojuma toņi, kas atrodas ārpus redzamā spektra.)

Šķērslis, ko viņas komandai bija izdevies šķērsot, ir šo qubits glabāšana kristāliskajos kvantu atkārtojumos, kas ir līdzīgi atkārtotājiem, kurus pašlaik izmanto, lai novērstu signāla zudumu un degradāciju šodienas optisko šķiedru sakaros. Kritiskais solis šajā procesā bija sintētisko dimantu izgatavošana ar pēc iespējas mazākiem nevēlamiem piemaisījumiem (galvenokārt slāpekli, galvenokārt) un vairākiem piemaisījumiem, ko viņi patiešām gribēja (silīcijs un bors).

"Slāpeklis izrādās dominējošais defekts, ko jūs saņemat šajos dimantos," de Leon saka. Viņas grupas partneriem britu dimanta ražotājam Element Six bija jāizveido vidēji augstāki vakuuma apstākļi, jo pat parastie vakuumi var atstāt pietiekami daudz slāpekļa kamerā, lai piesārņotu mākslīgi veidotos kristālus. Tā kā slāpeklim ir vēl viens brīvs elektrons, nekā ogleklis, slāpekļa piemaisījumi traucē unikālo elektrisko grims, ko pētnieki cer.

Citi mazi defekti var arī mazināt šo dimantu uzglabāšanas potenciālu.Mērķis ir panākt, lai kristāla ietvarā kopā ar aizvietotu silīcija atomu atrastu atomu izmēra pāriem, kur kādreiz bija viena oglekļa atoma, bet dažreiz šie pāri var sasaistīt kopā „vakances klasteros”, kas sāk pārdalīt savus elektronus kaitinošā, pretrunīgi. Dažreiz dimanta virsmas bojājumu un kodināšanas bojājumi var izraisīt arī domino efektu, sajaucoties ar šo elektronu modeli. Šeit var palīdzēt bora pievienošana, kuram ir viens mazāk brīvs elektrons nekā ogleklis.

"Ko mums bija jādara," de Leon saka, "gan sākas ar šo ļoti augsto tīrības dimantu, un pēc tam dažos boros aug, lai būtībā uzsūktu kādu no papildu elektroniem, kurus mēs nevarējām kontrolēt. Pēc tam bija daudz materiālu apstrādes - garlaicīgas lietas, piemēram, termiskā atkausēšana un virsmas labošana, lai pārliecinātos, ka mēs joprojām atbrīvojamies no daudziem citiem šāda veida defektiem, kas dod jums papildu maksu. ”

Abu šo izaicinājumu apgūšana, daudzas aizdomās turētās, ir atslēgas, lai pilnībā funkcionētu un gandrīz neiespējami kreka kvantu šifrēšanu.

Pirms sintētisko dimantu rītausmas tikai pirms dažiem gadiem, kvantu optikas jomā pētniekiem bija jāpaļaujas uz dabīgiem dimantiem, lai veiktu savu darbu - īpaši konkrētu dimantu.

Saskaņā ar de Leonu, ikviens kvantu optikas jomā bija jāpaļaujas uz vienu dabiski ražotu dimantu no Krievijas, kas tikko notika ar pareizu bora, slāpekļa un citu piemaisījumu procentuālo daļu, lai padarītu viņu pētījumus iespējamus. Dimanta fragmenti tika atdalīti un izplatīti pētniecības grupām visā pasaulē.

"Daudzām grupām bija savs mazais" burvīgā "krievu dimanta gabals," kā de Leon teica Princeton 2016. Gada ziņu dienestam. "Harvardā mēs saucām" Magic Alice "un" Magic Bob ".

Tātad, TL, DR, Rietumu zinātnieki kļūst labāk ražoti savus maģiskos kvantu skaitļošanas dimantus, nevis atkarīgi no Krievijas burvju kvantu skaitļošanas dimanta šķēlumiem. Tas ir fakts, kas izklausās smieklīgi. Classic 2018.