Quantum Rainbow Photon Gun afsløret

Vi har hørt meget om muligheden for et kvanteinternet, som bruger enkelte fotoner til at kode og sende information beskyttet af den nye teknologi inden for kvantekryptografi.

Den største fordel ved et sådant system er perfekt sikkerhed, den slags ting, som regeringer, militæret, banker og diverse andre grupper ville betale pænt for at opnå.

En af de muliggørende teknologier for et kvanteinternet er en pålidelig fotonpistol, der kan affyre enkeltfotoner efter behov. Det er ikke nemt.

En af de væsentlige svagheder ved nuværende kvantekryptografiske systemer er den begrænsede mulighed for, at nutidens lasere udsender fotoner i bundter i stedet for én ad gangen. Når dette sker, kan en aflytning bruge disse ekstra fotoner til at udtrække information om de data, der transmitteres.

Så der er ingen mangel på interesse for at udvikle fotonkanoner, der udsender enkelte fotoner, og faktisk har forskellige grupper gjort betydelige fremskridt hen imod dette.

På denne baggrund siger Michael Fortsch ved Max Planck Institute for the Science of Light i Erlangen, Tyskland, og et par venner i dag, at de har fået et betydeligt gennembrud. Disse fyre regner med, at de har bygget en fotonemitter med en række egenskaber, der gør den langt mere fleksibel, effektiv og nyttig end nogen før - en slags foton-superpistol.

Pistolen er en skiveformet krystal af lithiumniobat zappet med 582nm lys fra en neodym-doteret yttrium aluminium granat (Nd:YAG) laser. Lithiumniobat er et ikke-lineært materiale, der får enkelte fotoner til spontant at konvertere til fotonpar.

Så 582nm-fotonerne rikochetterer rundt inde i skiven og dukker til sidst op enten som uændrede 582nm-fotoner eller som et par sammenfiltrede fotoner med omkring det dobbelte af bølgelængden (ca. 1060nm). Dette sammenfiltrede par har ikke helt den samme bølgelængde, så alle tre typer fotoner kan let adskilles.

582 nm fotonerne ignoreres. Af det andet par bruges den ene til at transmittere information, og den anden bliver opfanget af en detektor for at bekræfte, at den anden foton er klar til transmission.

Så hvad er så specielt ved denne fotonpistol? Det første og vigtigste er, at pistolen udsender fotoner i par. Det er vigtigt, fordi detektionen af ​​en foton er et utvetydigt tegn på, at en anden også er blevet udsendt. Det er som et tidsstempel, der siger, at en foton er på vej.

Denne såkaldte foton-herald betyder, at der ikke kan være nogen forvirring om, hvorvidt pistolen hemmeligt lækker information til en potentiel aflytning.

Denne pistol er også hurtig og udsender omkring 10 millioner par fotoner pr. sekund pr. mW og også to størrelsesordener mere effektive end andre fotonkanoner.

Disse fyre kan også ændre bølgelængden af ​​de fotoner, som pistolen udsender, ved at opvarme eller afkøle krystallen og derved ændre dens størrelse. Denne regnbue af farver strækker sig over 100nm (OK, ikke helt en regnbue, men du forstår billedet).

Det er vigtigt, fordi det betyder, at pistolen kan indstilles til forskellige atomare overgange, hvilket giver fysikere og ingeniører mulighed for at lege med en række forskellige atomer til lagring af kvanteinformation.

Alt i alt en imponerende bedrift og klart et muliggørende skridt på vejen til mere kraftfulde kvanteinformationsbehandlingsværktøjer.

Ref: arxiv.org/abs/1204.3056 : En alsidig kilde til enkeltfotoner til kvanteinformationsbehandling

skjule