در یک پیشرفت قابل توجه برای فناوری کوانتومی، تیمی از دانشمندان از دانشگاه ساپینزا رم، دانشگاه پاریس-ساکلی و دانشگاه فدریکو ناپل با موفقیت خواص منحصر به فرد نقاط کوانتومی (QD) را با تکانه زاویه‌ای مداری (OAM) ترکیب کردند تا پلی قدرتمند بین دو فناوری پیشرفته ایجاد کنند. این پلت فرم نوآورانه پتانسیل بسیار زیادی برای پیشرفت در ارتباطات کوانتومی، رمزگذاری و پردازش اطلاعات دارد.
OAM، که بر پیچش(twisting) و چرخش(turning) نور در فضا نظارت می کند،همواره جنبه چالش برانگیزی برای دستکاری به منظور تولید فوتون های منفرد فوق العاده درخشان است. با این حال، ادغام QD ها، ذرات ریز با پتانسیل بسیار زیاد، راه حلی برای این مشکل دیرینه ارائه کرده است. محققان به طور موثری از ویژگی های OAM و QDs برای ایجاد یک پل انعطاف پذیر با دو هدف اصلی استفاده کرده اند.
اولاً، این پل امکان ایجاد فوتون‌های منفرد خالص را فراهم می‌کند که در فضای قطبش OAM در هم پیچیده شده‌اند و به محققان این امکان را می‌دهد که مستقیماً آنها را شمارش و تجزیه و تحلیل کنند. این پیشرفت، فرصت‌های جدیدی را برای تولید تک فوتون‌های با کیفیت بالا، که برای کاربردهای مختلف کوانتومی ضروری هستند، باز می‌کند.
ثانیاً، این پل تولید جفت فوتون‌های درهم تنیده را تسهیل می‌کند که حتی زمانی که در فواصل زیاد از هم جدا شوند، همبستگی‌های قوی از خود نشان می‌دهند. این پدیده برای ارتباطات کوانتومی و رمزگذاری بسیار مهم است. محققان با استفاده از حالات درهم تنیدگی هیبریدی در فضاهای هیلبرت با ابعاد بالا، راه را برای پردازش اطلاعات کوانتومی پیشرفته هموار کردند.
این تیم از یک منبع تک فوتون QD روشن برای تولید مجموعه ای جامع از حالت های کوانتومی برای پردازش اطلاعات با استفاده از فوتون های OAM استفاده کرد. آنها با موفقیت هم درهم‌تنیدگی درون ذره‌ای بین OAM و درجات پلاریزاسیون آزادی، و هم درهم‌تنیدگی مبتنی بر OAM بین ذره‌ای را با استفاده از یک گیت درهم‌تنیدگی احتمالی نشان دادند. عملکرد رویکرد آنها به دقت با کمک توموگرافی حالت کوانتومی و نقض نابرابری‌های بل ارزیابی شده‌است.
این پیشرفت نوید بزرگی برای غلبه بر مسائل مقیاس پذیری مرتبط با رویکردهای احتمالی برای تولید فوتون های منفرد دارد. تولید قطعی و بر اساس تقاضای حالت‌های کوانتومی با ابعاد بالا فوتونیک، راه‌های جدیدی را برای پردازش اطلاعات کوانتومی و پروتکل‌های ارتباطی باز می‌کند.
منبع
Alessia Suprano et al, Orbital angular momentum based intra- and interparticle entangled states generated via a quantum dot source, Advanced Photonics (2023). DOI: 10.1117/1.AP.5.4.046008
