เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย ภาพถ่ายของ Helen Zeng ในห้องแล็บเลนส์สวมแว่นตาป้องกันขณะที่เธอปรับเลนส์บนม้านั่ง โฟตอนตามความต้องการ: Helen Zeng ดำเนินการตรวจวัดทางแสงเพื่อระบุลักษณะเฉพาะของแหล่งกำเนิดโฟตอนเดียวแบบฝังเลนส์ hBN-solid โฟตอนเดี่ยวเป็นรากฐานที่สำคัญสำหรับเทคโนโลยีควอนตัมที่เกิดขึ้นใหม่มากมาย แต่การสร้างแหล่งโฟตอนเดียวที่สมบูรณ์แบบนั้นเป็นสิ่งที่ท้าทาย
โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพยายามพัฒนาระบบ
ขนาดกะทัดรัดที่สามารถทำงานได้นอกสภาพแวดล้อมของห้องปฏิบัติการที่มีการควบคุมอย่างระมัดระวังโดยไม่ต้องมีโครงสร้างพื้นฐานการระบายความร้อนที่ต่ำกว่าศูนย์ขนาดใหญ่ นักวิทยาศาสตร์ในออสเตรเลียได้จัดการกับความท้าทายนี้ด้วยการพัฒนาการออกแบบแหล่งสัญญาณใหม่ที่สามารถผลิตโฟตอนเดี่ยวได้มากกว่า 10 ล้านโฟตอนต่อวินาทีในขณะที่ทำงานที่อุณหภูมิห้อง
แหล่งโฟตอนเดียวที่สมบูรณ์แบบจะช่วยให้ผู้ใช้ได้รับโฟตอนเดียวตามความต้องการ อุปกรณ์ในโลกแห่งความเป็นจริงมักจะมีการประนีประนอมระหว่างคุณลักษณะในอุดมคติเหล่านี้ซึ่งแตกต่างกันไปตามแอปพลิเคชัน ในงานล่าสุด นักวิจัยที่นำโดยIgor Aharonovichจาก University of Technology, Sydney ใช้แหล่งกำเนิดโฟตอนเดียวบนวัสดุผลึก 2 มิติที่เรียกว่าโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม (hBN) โครงสร้างอะตอมของคริสตัลไม่สมบูรณ์ และแสงจากแหล่งกำเนิดแสงที่รุนแรง เช่น เลเซอร์สามารถทำให้เกิดความไม่สมบูรณ์หรือข้อบกพร่องเหล่านี้ ให้ปล่อยโฟตอนเดี่ยวออกมาแม้ที่อุณหภูมิห้อง
วิธีการเก็บรวบรวมที่ดีกว่า
ความท้าทายประการหนึ่งเมื่อใช้วัสดุเหล่านี้คือการพัฒนาวิธีการเก็บรวบรวมเพื่อให้แน่ใจว่าโฟตอนที่สร้างขึ้นจะสามารถใช้งานได้จริง Ahronovich และเพื่อนร่วมงานได้จัดการกับความท้าทายนี้โดยการวางสะเก็ดของวัสดุ hBN ลงบนเลนส์คอลเลกชั่นครึ่งซีกขนาดเล็กโดยตรง ซึ่งรู้จักกันในชื่อ Solid Immersion Lens (SIL)
ภาพการติดตั้งกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้ในการทดลอง
เลนส์ hBN ในตัว: ส่วนประกอบภายในชุดกล้องจุลทรรศน์แบบพกพา (มารยาท: เฮเลนเซง)
SIL เหล่านี้มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 1 มม. ซึ่งทำให้การจัดการกับสิ่งเหล่านี้เป็นความท้าทายในการทดลองโดยเฉพาะ นักวิจัยใช้แหนบติดตั้งเลนส์ hBN ที่ผสานรวมเข้ากับชุดกล้องจุลทรรศน์แบบพกพาที่ทำเองได้ (ดูรูป) อย่างระมัดระวัง แหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่วางตำแหน่งอย่างระมัดระวังจะกระตุ้นตัวอย่าง และ SIL จะโฟกัสโฟตอนเดี่ยวที่ปล่อยออกมาบนเครื่องตรวจจับ ด้วยการรวมวัสดุ 2D เข้ากับเลนส์ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพการรวบรวมโฟตอนถึงหกเท่าเมื่อเทียบกับวิธีการก่อนหน้านี้ วิธีการอื่นๆ เหล่านี้ยังต้องอาศัยกระบวนการทางวิศวกรรมระดับนาโนที่ซับซ้อน ซึ่งทำให้ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานการสื่อสารควอนตัมในชีวิตประจำวันในระดับมวลชน
นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าโฟตอนเดี่ยวที่ผลิตขึ้นนั้นมีความบริสุทธิ์ที่ดีเยี่ยม ความบริสุทธิ์ในที่นี้หมายถึงความน่าจะเป็นของการปล่อยโฟตอนเดียวมากกว่าหลายโฟตอน ซึ่งเป็นตัวชี้วัดที่สำคัญในการประเมินคุณภาพของแหล่งที่มาเหล่านี้ การทดสอบระยะยาวแสดงให้เห็นว่าระบบสร้างโฟตอนเดี่ยวที่มีความบริสุทธิ์สูงด้วยวิธีที่เสถียร ซึ่งยืนยันเพิ่มเติมถึงความเหมาะสมสำหรับการใช้งานในแอปพลิเคชัน เช่น การกระจายคีย์ควอนตัม (QKD) ในแอปพลิเคชันนี้ แหล่งโฟตอนเดียวที่ดีกว่าสามารถปรับปรุงความปลอดภัยของโปรโตคอลการเข้ารหัสที่ใช้เพื่อเปิดใช้งานการส่งข้อมูลอย่างปลอดภัยโดยไม่สูญเสียสัญญาณหรือจุดอ่อนต่อผู้ดักฟัง
อัตราการส่งข้อมูลสูง
เมื่อพวกเขารู้ว่าระบบผลิตโฟตอนจำนวนเท่าใดต่อวินาที นักวิจัยประเมินว่าโฟตอนจะมีประสิทธิภาพมากน้อยเพียงใดในสถานการณ์จริงของ QKD โดยใช้โปรโตคอล QKD ที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางซึ่งเรียกว่า BB84 พวกเขาแสดงให้เห็นว่าแหล่งกำเนิดโฟตอนเดียวนี้สามารถรักษาอัตราการส่งข้อมูลที่สูงในรัศมีประมาณ 8 กม. ซึ่งจะทำให้ครอบคลุม QKD ในระดับทั่วเมือง เมื่อรวมกับความจริงที่ว่าระบบทำงานที่อุณหภูมิห้อง สิ่งนี้เน้นให้เห็นถึงการใช้งานจริงของระบบ
สำหรับแอปพลิเคชันการสื่อสารควอนตัมที่ปลอดภัยทุกวัน
ความเห็นเกี่ยวกับทิศทางในอนาคตของงานHelen Zengหนึ่งในนักวิจัยที่ทำงานในโครงการกล่าวว่า “เราพร้อมที่จะหันความสนใจของเราไปสู่การรวมวัสดุควอนตัม 2D เหล่านี้เข้ากับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริงซึ่งจะมีผลที่ตามมาอย่างไม่ต้องสงสัย ในด้านการสื่อสารควอนตัม”
สองกลไก
เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการที่อาจจะเกิดขึ้นภายใต้พื้นผิวของยูโรปา วูลเฟนบาร์เกอร์และเพื่อนร่วมงานได้วาดภาพแนวเดียวกันกับน้ำแข็งในมหาสมุทรบนโลกของเรา ในบริเวณขั้วโลกของโลก ชั้นวางน้ำแข็งจะเติบโตจากด้านล่างผ่านกลไกที่เป็นไปได้สองทาง หนึ่งคือการรวมตัวโดยที่น้ำแข็งแข็งตัวที่ส่วนต่อประสานระหว่างน้ำแข็งกับน้ำที่อยู่ด้านล่างโดยตรง กลไกที่สองเกี่ยวข้องกับการสร้างน้ำแข็งที่เปราะบาง ซึ่งก่อตัวเป็นผลึกรูปสุ่มขนาดมิลลิเมตรภายในเสาของน้ำที่เย็นจัด คอลัมน์เหล่านี้ป้องกันไม่ให้กระแสน้ำเชี่ยวกรากแข็งตัวจนหมดสิ้น ภายใต้แรงลอยตัว ผลึกเหล่านี้จะเดินทางขึ้นไปด้านล่างของน้ำแข็ง ซึ่งมีลักษณะคล้ายหิมะใต้น้ำ
นักวิจัยได้เปรียบเทียบการมีส่วนร่วมของกลไกแต่ละอย่างกับการก่อตัวของน้ำแข็งโดยการตรวจสอบแกนน้ำแข็งต่างๆ ที่รวบรวมจากชั้นน้ำแข็งในทวีปแอนตาร์กติกา พวกเขาบอกว่าสภาพแวดล้อมนี้ใกล้เคียงกับอุณหภูมิ ความดัน และความเค็มของแผ่นน้ำแข็งของยูโรปา ตัวอย่างเหล่านี้บางส่วนถูกเก็บรวบรวมจากลักษณะต่างๆ เช่น รอยแยกและลิ้นของธารน้ำแข็ง ซึ่งน้ำแข็งจะบางลง คนอื่น ๆ ถูกรวบรวมมาจากชั้นน้ำแข็งโบราณซึ่งมีความหนาหลายกิโลเมตร
การวิเคราะห์ของพวกเขาเปิดเผยว่าการรวมกลุ่มครอบงำความหนาของน้ำแข็งที่มีอายุมากกว่าอย่างค่อยเป็นค่อยไป ในยุโรป กระบวนการนี้จะขับเคลื่อนโดยการค่อยๆ เย็นลงของภายในที่เป็นของแข็งของดวงจันทร์ ในทางตรงกันข้าม น้ำแข็งที่เปราะบางมักจะสะสมในบริเวณที่น้ำแข็งบางลง ไม่ว่าจะเป็นรอยแยกและรอยร้าวเล็กๆ หรือในบริเวณที่มีอากาศอบอุ่น ซึ่งมักพบที่ละติจูดที่ต่ำกว่า ในยูโรปา เปลือกน้ำแข็งส่วนใหญ่ยังถูกทำให้ร้อนและบางลงด้วยความร้อนจากคลื่น ซึ่งเกิดจากการดึงแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดี เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย
