Svelata la pistola fotonica arcobaleno quantistico

Abbiamo sentito molto parlare della possibilità di un'internet quantistica che utilizza singoli fotoni per codificare e inviare informazioni protette dalla tecnologia emergente della crittografia quantistica.

Il vantaggio principale di un tale sistema è la perfetta sicurezza, il tipo di cosa che i governi, i militari, le banche e altri gruppi assortiti pagherebbero profumatamente per ottenere.

Una delle tecnologie abilitanti per un Internet quantistico è una pistola fotonica affidabile che può sparare singoli fotoni su richiesta. Non è facile.

Uno dei punti deboli significativi degli attuali sistemi crittografici quantistici è la possibilità limitata che i laser di oggi emettano fotoni in gruppi anziché uno alla volta. Quando ciò accade, un intercettatore può utilizzare questi fotoni extra per estrarre informazioni sui dati trasmessi.

Quindi non c'è carenza di interesse nello sviluppo di pistole fotoniche che emettono singoli fotoni e in effetti vari gruppi hanno compiuto progressi significativi verso questo.

In questo contesto, Michael Fortsch del Max Planck Institute for the Science of Light a Erlangen, in Germania, e alcuni amici oggi affermano di aver fatto un passo avanti significativo. Questi ragazzi ritengono di aver costruito un emettitore di fotoni con una gamma di proprietà che lo rendono molto più flessibile, efficiente e utile di qualsiasi altro prima: una sorta di supercannone a fotoni.

La pistola è un cristallo a forma di disco di niobato di litio illuminato con luce a 582 nm da un laser a granato di ittrio e alluminio drogato al neodimio (Nd: YAG). Il niobato di litio è un materiale non lineare che fa sì che i singoli fotoni si convertano spontaneamente in coppie di fotoni.

Quindi i fotoni a 582 nm rimbalzano all'interno del disco e alla fine emergono come fotoni a 582 nm invariati o come una coppia di fotoni entangled con circa il doppio della lunghezza d'onda (circa 1060 nm). Questa coppia entangled non ha esattamente la stessa lunghezza d'onda e quindi tutti e tre i tipi di fotoni possono essere facilmente separati.

I fotoni a 582 nm vengono ignorati. Dell'altra coppia, una viene utilizzata per trasmettere informazioni e l'altra viene rilevata da un rilevatore per confermare che l'altro fotone è pronto per la trasmissione.

Quindi cosa c'è di così speciale in questa pistola fotonica? Il primo e più importante è che la pistola emette fotoni a coppie. Questo è significativo perché il rilevamento di un fotone è un segno inequivocabile che ne è stato emesso anche un altro. È come un timestamp che dice che un fotone è in arrivo.

Questo cosiddetto araldo di fotoni significa che non ci può essere confusione sul fatto che la pistola stia segretamente divulgando informazioni a un potenziale intercettatore.

Questa pistola è anche veloce, emette circa 10 milioni di paia di fotoni al secondo per mW e anche due ordini di grandezza più efficiente di altre pistole a fotoni.

Questi ragazzi possono anche cambiare la lunghezza d'onda dei fotoni emessi dalla pistola riscaldando o raffreddando il cristallo e quindi modificandone le dimensioni. Questo arcobaleno di colori si estende per oltre 100 nm (OK, non proprio un arcobaleno ma ottieni l'immagine).

Questo è importante perché significa che la pistola può essere sintonizzata su varie diverse transizioni atomiche consentendo a fisici e ingegneri di giocare con una varietà di atomi diversi per l'archiviazione delle informazioni quantistiche.

Tutto sommato, un'impresa impressionante e chiaramente un passo abilitante lungo la strada verso strumenti di elaborazione delle informazioni quantistiche più potenti.

Rif: arxiv.org/abs/1204.3056 : Una fonte versatile di singoli fotoni per l'elaborazione delle informazioni quantistiche

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