Vi interagerar med bitar och bytes varje dag – oavsett om det är genom att skicka ett textmeddelande eller ta emot ett e-postmeddelande.
Det finns också kvantbitar, eller qubits, som har kritiska skillnader från vanliga bitar och bytes. Dessa fotoner – ljuspartiklar – kan bära kvantinformation och erbjuda exceptionella möjligheter som inte kan uppnås på något annat sätt. Till skillnad från binär beräkning, där bitar bara kan representera en 0 eller 1, existerar qubit-beteende inom kvantmekanikens område. Genom "superpositionering" kan en qubit representera en 0, en 1 eller vilken proportion som helst däremellan. Detta ökar en kvantdators bearbetningshastighet avsevärt jämfört med dagens datorer.
"Att lära sig om förmågan hos qubits har varit en drivkraft för det framväxande området av kvantteknologier, vilket öppnar upp nya och outforskade applikationer som kvantkommunikation, beräkning och avkänning", säger Hong Koo Kim, professor i elektro- och datateknik vid University of Pittsburgh Swanson School of Engineering.
Kvantteknologier är viktiga för ett antal områden, som för banker som skyddar finansiell information eller ger forskare den hastighet som behövs för att efterlikna alla aspekter av kemi. Och genom quantum "entanglement" kunde qubits "kommunicera" över stora avstånd som ett enda system. Kim och hans doktorand, Yu Shi, gjorde en upptäckt som kan hjälpa kvantteknologin att ta ett kvantkliv.
Fotonbaserade kvantteknologier förlitar sig på enskilda fotonkällor som kan sända ut individuella fotoner.
Dessa enstaka fotoner kan genereras från halvledare i nanometerskala, mer känd som kvantpunkter. I likhet med hur mikrovågsantenner sänder mobiltelefonsignaler, fungerar en kvantpunkt som en antenn som utstrålar ljus.
"Genom att utföra rigorös analys upptäckte vi att en kvantpunktssändare - eller en dipolantenn i nanometerskala - fångar en stor mängd energi," förklarade Kim. "Den yttre funktionen hos en dipolsändare är välkänd, men det här är verkligen första gången en dipol har studerats på insidan."
Fotoner från dessa kvantprickar kommer ut med handenhet, som vi är en högerhänt eller vänsterhänt person, och kvantinformation bärs av denna handenhet hos individuella fotoner. Som sådan är att sortera ut dem till olika vägar en viktig uppgift för bearbetning av kvantinformation. Kims team har utvecklat ett nytt sätt att separera fotoner med olika händer och effektivt skörda dem för vidare bearbetning på vägen.
"Resultaten av detta arbete förväntas bidra till att utveckla höghastighetskällor för enstaka foton, en kritisk komponent som behövs inom kvantfotonik," sa Kim.
Uppsatsen "Spin texture and chiral coupling of circularly polarized dipole field" publiceras i tidskriften Nanophotonics .
Mer information: Yu Shi et al, Spin texture and chiral coupling of circularly polarized dipole field, Nanophotonics (2023). DOI:10.1515/nanoph-2022-0581
Tillhandahålls av University of Pittsburgh
