211service.com
Quantum Rainbow Photon Gun onthuld
We hebben veel gehoord over de mogelijkheid van een kwantuminternet dat enkele fotonen gebruikt om informatie te coderen en te verzenden die wordt beschermd door de opkomende technologie van kwantumcryptografie.
Het belangrijkste voordeel van zo'n systeem is dat het perfecte beveiliging is, iets waar regeringen, het leger, banken en allerlei andere groepen rijkelijk voor zouden betalen.
Een van de technologieën die een kwantuminternet mogelijk maken, is een betrouwbaar fotonenkanon dat op verzoek enkele fotonen kan afvuren. Dat is niet gemakkelijk.
Een van de belangrijke zwakheden van de huidige kwantumcryptografische systemen is de eindige mogelijkheid dat de huidige lasers fotonen in bundels uitzenden in plaats van één tegelijk. Wanneer dit gebeurt, kan een afluisteraar deze extra fotonen gebruiken om informatie te extraheren over de gegevens die worden verzonden.
Er is dus geen gebrek aan interesse in het ontwikkelen van fotonenkanonnen die enkelvoudige fotonen uitzenden en inderdaad hebben verschillende groepen hierin aanzienlijke vooruitgang geboekt.
Tegen deze achtergrond zeggen Michael Fortsch van het Max Planck Institute for the Science of Light in Erlangen, Duitsland, en een paar vrienden van vandaag dat ze een belangrijke doorbraak hebben bereikt. Deze jongens denken dat ze een fotonenzender hebben gebouwd met een reeks eigenschappen die hem veel flexibeler, efficiënter en nuttiger maken dan ooit tevoren - een soort fotonen-supergun.
Het pistool is een schijfvormig kristal van lithiumniobaat gezapt met 582 nm licht van een neodymium-gedoteerde yttrium-aluminium-granaat (Nd:YAG) laser. Lithiumniobaat is een niet-lineair materiaal dat ervoor zorgt dat enkele fotonen spontaan worden omgezet in fotonparen.
Dus de 582 nm fotonen ketsen rond in de schijf en komen uiteindelijk tevoorschijn als onveranderde 582 nm fotonen of als een paar verstrengelde fotonen met ongeveer twee keer de golflengte (ongeveer 1060 nm). Dit verstrengelde paar heeft niet helemaal dezelfde golflengte en dus kunnen alle drie de soorten fotonen gemakkelijk worden gescheiden.
De 582 nm fotonen worden genegeerd. Van het andere paar wordt de ene gebruikt om informatie te verzenden en de andere wordt opgepikt door een detector om te bevestigen dat het andere foton klaar is voor verzending.
Dus wat is er zo speciaal aan dit fotonenkanon? Ten eerste en het belangrijkste is dat het kanon in paren fotonen uitzendt. Dat is belangrijk omdat de detectie van het ene foton een ondubbelzinnig teken is dat er ook een ander is uitgezonden. Het is als een tijdstempel die zegt dat er een foton onderweg is.
Deze zogenaamde fotonheraut betekent dat er geen verwarring kan bestaan over de vraag of het pistool in het geheim informatie lekt naar een potentiële afluisteraar.
Dit kanon is ook snel, zendt zo'n 10 miljoen paar fotonen per seconde per mW uit en is ook twee ordes van grootte efficiënter dan andere fotonenkanonnen.
Deze jongens kunnen ook de golflengte van de fotonen die het pistool uitzendt veranderen door het kristal te verwarmen of af te koelen en daardoor de grootte ervan te veranderen. Deze regenboog van kleuren strekt zich uit over 100 nm (OK, niet echt een regenboog, maar je snapt het wel).
Dat is belangrijk omdat het betekent dat het pistool kan worden afgestemd op verschillende atomaire overgangen, waardoor natuurkundigen en ingenieurs met een verscheidenheid aan verschillende atomen kunnen spelen voor de opslag van kwantuminformatie.
Al met al een indrukwekkende prestatie en duidelijk een belangrijke stap op weg naar krachtigere tools voor het verwerken van kwantuminformatie.
Referentie: arxiv.org/abs/1204.3056 : Een veelzijdige bron van enkele fotonen voor de verwerking van kwantuminformatie