Szintetikus gyémántok Princeton csapatot vezetnek a Quantum Encryption áttöréshez

Az információ kvantumbitjeinek tárolása sokkal nehezebb, mint a hagyományos bináris számok tárolása. Ez nem pusztán vagy nulla, hanem a köztük lévő finom kvantumszuperpozíciók egész sora. Az elektronok könnyen ki tudnak lépni ezekből az államokból, ha nem tárolják a megfelelő anyagokat, ezért a Princeton villamosmérnökei egy brit gyártóval dolgoznak, hogy jobb tárolóanyagot - szintetikus gyémántokat - hozzanak létre a semmiből. Csütörtökön közzétették a sikerüket Tudomány.

Évtizedek óta a fizikusok, az anyagmérnökök és mások megpróbálták elérni a kvantum-titkosított kommunikáció fogalmi ígéretét, mivel az ebben a folyamatban továbbított adatok elméletileg immunisak a rejtett felügyelet ellen. Bármely kísérlet arra, hogy megfigyeljük, hogy a felek közötti adatok - a Heisenberg bizonytalanság elve - alapvetően megváltoztatnák ezt az információt, gyorsan felfedve, hogy veszélybe került. A probléma a qubitok tárolása és megőrzése, majd az optikai száloptikás fotonokká való átalakítás, és a gyémántok használata a két út elérésének útja. De nemcsak minden gyémánt fog tenni, ezért Princeton csapata keményen dolgozott egy szintetikus munkát létrehozva, amint azt a papírjukban írják le.

„Azok a tulajdonságok, amelyekre a célzás a kvantumhálózatokra vonatkoznak,” mondja Nathalie de Leon villamosmérnök fordítottja. Princetonban, ahol de Leon asszisztens, a csapata lényegében a kvantum-hardver feltalálásával foglalkozik. „Olyan alkalmazások, amelyekben valami hosszú tárolási időt szeretne, és akkor is jó interfész van a fotonokkal, így a fényt nagyon hosszú távolságokra küldheti.”

A fotonikus kölcsönhatások sokat jelentenek a nagysebességű nemzetközi kommunikáció számára, mivel az optikai kábelek mentén haladó összes információ átmegy a globális infrastruktúránként, mint különálló fotonok - a fénysebesség 69 százaléka. (Szép.)

„Ez sok korlátozást jelent az optikai jellemzőkre” - mondja de Leon. „Példaként, nagyon fontos, hogy a szín stabil legyen. Ha a foton színe idővel ugrik, akkor ez nagyon rossz ezeknek a protokolloknak.

Most, de Leon csoportja megpróbálja megmunkálni a szintetikus gyémántok olyan változatát, amely a standard 1,550 nanométeres hullámhosszra alakul, amelyen a fotonok most száloptikás kábeleket mozgatnak. Jelenleg csapata szintetikus gyémántai 946 nanométeres foton hullámhosszúságot támogatnak. (A foton „színe” itt egy kicsit eufemizmus, mivel mindkét hullámhossz infravörös árnyalatú a látható spektrumon kívül.)

Az a akadály, melyet a csapatnak sikerült áthidalni, az ilyen qubitokat kristályos kvantumismétlőkben tárolja, hasonlóan az olyan jelismétlőkhöz, amelyek jelenleg a száloptikás kommunikációban a jelek elvesztésének és degradációjának megakadályozására szolgálnak. Ennek a folyamatnak a kritikus lépése a szintetikus gyémántok előállítása volt a lehető legkevesebb nemkívánatos szennyeződéssel (nitrogén, főként) és több szennyeződés, amit ténylegesen kívántak (szilícium és bór).

„A nitrogén az uralkodó hiba, amit ezekben a gyémántokban kapsz,” mondja de Leon. A brit gyémántgyártó Element Six csoportjának partnerei átlag feletti vákuumfeltételeket kellett létrehozniuk, mivel még a szokásos porszívók is elegendő mennyiségű nitrogént hagyhatnak a kamrában a mesterségesen előállított kristályok szennyezésére. Mivel a nitrogénnek még egy szabad elektronja van, mint a szén, a nitrogén szennyeződések zavarják az egyedülálló elektromos sminket, amit a kutatók remélnek.

Más kisebb hibák is alááshatják e gyémántok qubit-tárolási potenciálját.A cél az, hogy a kristályos keretekben egy szubsztituált szilíciumatom mellett atom-méretű üres helyek találhatók legyenek, ahol egykor egyetlen szén volt, de néha a párok együtt tudnak „üresedési klaszterekben” összefogni, amelyek bosszantóan kezdik elosztani elektronjukat, ellentétes módon. Néha a gyémánt felületén lévő károsodás és maratás károsodást is okozhat dominóhatással, ami az elektronok ezen mintájával is elrontható. Ez az, ahol a bór hozzáadása - amely egy kevésbé szabad elektron, mint a szén - segíthet.

- Amit meg kellett tennünk - mondja de Leon -, mindkettő kezdődik ezzel az ultra-nagy tisztaságú gyémántmal, majd néhány bórban növekszik, hogy alapvetően felszívhasson bármilyen extra elektronot, amit nem tudtunk irányítani. Aztán sok anyagfeldolgozás - unalmas cucc, mint a hőkezelés és a felület javítása, hogy megbizonyosodjunk róla, hogy még mindig megszabadulunk a többi ilyen típusú hibától, ami extra költségeket jelent.

Mindkét kihívás elsajátítása, sokan a gyanúsított területen, a kulcsfontosságúak ahhoz, hogy teljes mértékben működőképesek legyenek és a kvantum titkosítás szinte lehetetlen.

A szintetikus gyémántok hajnala előtt csak néhány évvel ezelőtt a kvantumoptika területén dolgozó kutatóknak természetes gyémántokra kellett támaszkodniuk, hogy elvégezzék munkájukat - különösen egy adott gyémántot.

De Leon szerint a kvantumoptika területén mindenkinek egyetlen, természetesen előállított gyémántra kellett támaszkodnia, amely éppen a bór, a nitrogén és egyéb szennyeződések megfelelő százalékával rendelkezett, hogy a kutatásuk lehetséges legyen. A gyémánt töredékeit levágták és elosztották a kutatócsoportok számára szerte a világon.

„A csoportok közül soknak volt egy kis darabja a„ varázslatos ”orosz gyémántnak” - mondta de Leon 2016-ban a Princeton házon belüli hírszolgálatában. „A Harvardban a„ Magic Alice ”-et és a„ Magic Bob-ot ”hívtuk.

Tehát, TL, DR, a nyugati tudósok egyre jobban gyártják saját varázslatos kvantum számítástechnikai gyémántukat, ahelyett, hogy függenek az orosz varázslatos kvantum számítástechnikai gyémántoktól. Ez egy tényszerű mondat, ami nevetséges. Classic 2018.