Ett forskargrupp ledd av Osaka University visade hur information som kodas i den cirkulära polarisationen av en laserstråle kan översättas till elektronens spinntillstånd i en kvantpunkt, var och en är en kvantbit och en kvantdatorkandidat. Prestationen representerar ett stort steg mot ett "kvantinternet, "där framtida datorer snabbt och säkert kan skicka och ta emot kvantinformation.

Kvantdatorer har potential att avsevärt överträffa nuvarande system eftersom de fungerar på ett helt annat sätt. Istället för att bearbeta diskreta nollor och nollor, kvantinformation, oavsett om de är lagrade i elektronspinn eller överförs med laserfotoner, kan vara i en superposition av flera tillstånd samtidigt. Dessutom, tillstånden för två eller flera objekt kan trassla ihop sig, så att den enas status inte kan beskrivas helt utan den andra. Hantering av intrasslade tillstånd gör att kvantdatorer kan utvärdera många möjligheter samtidigt, samt överföra information från plats till plats immun från avlyssning.

Dock, dessa intrasslade tillstånd kan vara mycket ömtåliga, varar bara mikrosekunder innan sammanhanget förloras. För att förverkliga målet med ett kvantinternet, över vilka sammanhängande ljussignaler kan vidarebefordra kvantinformation, dessa signaler måste kunna interagera med elektronspinn inuti avlägsna datorer.

Forskare som leds av Osaka University använde laserljus för att skicka kvantinformation till en kvantpunkt genom att ändra centrifugeringstillståndet för en enda elektron som är fångad där. Medan elektroner inte snurrar i vanlig mening, de har vinkelmoment, som kan vändas vid absorbering av cirkulärt polariserat laserljus.

"Viktigt, denna åtgärd tillät oss att läsa elektronens tillstånd efter att ha applicerat laserljuset för att bekräfta att det var i rätt centrifugeringstillstånd, "säger första författaren Takafumi Fujita." Vår avläsningsmetod använde Pauli -uteslutningsprincipen, som förbjuder två elektroner att uppta exakt samma tillstånd. På den lilla kvantpunkten, det finns bara tillräckligt med utrymme för elektronen att passera den så kallade Pauli-spinnblocket om den har rätt snurr. "

Kvantinformationsöverföring har redan använts för kryptografiska ändamål. "Överföringen av superpositionstillstånd eller intrasslade tillstånd möjliggör en helt säker kvantnyckeldistribution, "säger författaren Akira Oiwa." Detta beror på att varje försök att fånga upp signalen automatiskt förstör superpositionen, gör det omöjligt att lyssna in utan att upptäckas. "

Den snabba optiska manipulationen av enskilda snurr är en lovande metod för att producera en kvant nanoskala allmän datorplattform. En spännande möjlighet är att framtida datorer kan utnyttja denna metod för många andra applikationer, inklusive optimering och kemiska simuleringar.