Quantum Rainbow Photon Gun avtäckt

Vi har hört mycket om möjligheten till ett kvantinternet som använder enstaka fotoner för att koda och skicka information skyddad av den framväxande teknologin för kvantkryptografi.

Den största fördelen med ett sådant system är perfekt säkerhet, den sortens sak som regeringar, militärer, banker och diverse andra grupper skulle betala rejält för att uppnå.

En av de möjliggörande teknikerna för ett kvantinternet är en pålitlig fotonpistol som kan avfyra enstaka fotoner på begäran. Det är inte lätt.

En av de betydande svagheterna med nuvarande kvantkryptografiska system är den begränsade möjligheten att dagens lasrar sänder ut fotoner i buntar snarare än en i taget. När detta händer kan en avlyssnare använda dessa extra fotoner för att extrahera information om data som överförs.

Så det finns ingen brist på intresse för att utveckla fotonpistoler som sänder ut enstaka fotoner och faktiskt har olika grupper gjort betydande framsteg mot detta.

Mot denna bakgrund säger Michael Fortsch vid Max Planck Institute for the Science of Light i Erlangen, Tyskland, och några kompisar idag att de har gjort ett betydande genombrott. Dessa killar tror att de har byggt en fotonemitter med en rad egenskaper som gör den mycket mer flexibel, effektiv och användbar än någon tidigare - en sorts foton-superpistol.

Pistolen är en skivformad kristall av litiumniobat zappad med 582nm ljus från en neodymdopad yttriumaluminiumgranatlaser (Nd:YAG). Litiumniobat är ett olinjärt material som gör att enskilda fotoner spontant omvandlas till fotonpar.

Så 582nm-fotonerna rikoschetterar runt inuti skivan och kommer så småningom fram antingen som oförändrade 582nm-fotoner eller som ett par intrasslade fotoner med ungefär dubbelt så lång våglängd (ca 1060nm). Detta intrasslade par har inte riktigt samma våglängd och så alla tre typer av fotoner kan lätt separeras.

582 nm-fotonerna ignoreras. Av det andra paret används det ena för att sända information och det andra plockas upp av en detektor för att bekräfta att den andra fotonen är klar från överföring.

Så vad är så speciellt med denna fotonpistol? Det första och viktigaste är att pistolen sänder ut fotoner i par. Det är viktigt eftersom upptäckten av en foton är ett entydigt tecken på att en annan också har sänts ut. Det är som en tidsstämpel som säger att en foton är på väg.

Denna så kallade fotonherald innebär att det inte kan råda någon förvirring om huruvida pistolen i hemlighet läcker information till en potentiell avlyssnare.

Denna pistol är också snabb och sänder ut cirka 10 miljoner par fotoner per sekund per mW och dessutom två storleksordningar effektivare än andra fotonkanoner.

Dessa killar kan också ändra våglängden på de fotoner som pistolen avger genom att värma eller kyla kristallen och därigenom ändra dess storlek. Denna regnbåge av färger sträcker sig över 100nm (OK, inte riktigt en regnbåge men ni förstår bilden).

Det är viktigt eftersom det betyder att pistolen kan ställas in på olika atomära övergångar, vilket gör att fysiker och ingenjörer kan leka med en mängd olika atomer för lagring av kvantinformation.

Sammantaget en imponerande bedrift och helt klart ett möjliggörande steg på vägen till mer kraftfulla verktyg för bearbetning av kvantinformation.

Ref: arxiv.org/abs/1204.3056 : En mångsidig källa för enskilda fotoner för kvantinformationsbehandling

Dölj