เว็บตรงอุปกรณ์เก็บข้อมูลควอนตัมขนาดเล็กพอดีกับชิป

อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบใหม่ซึ่งใช้พื้นที่น้อยกว่าหนึ่งในเว็บตรงล้านของรุ่นก่อน อาจเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบการสื่อสารแห่งอนาคตนักวิทยาศาสตร์ได้สร้างคริสตัลขนาดเล็กที่เก็บข้อมูลขนาดเล็กของข้อมูลควอนตัม ซึ่งแตกต่างจาก “บิต” ของข้อมูลคอมพิวเตอร์ที่มาเฉพาะใน 0 และ 1 เท่านั้นที่สามารถเป็นทั้ง 0 และ 1 พร้อมกันได้ คริสตัลนี้เป็นอุปกรณ์หน่วยความจำควอนตัมเครื่องแรกในประเภทที่สามารถใส่ชิปควบคู่ไปกับเครื่องมือขนาดนาโนเพื่อตรวจจับและส่งสัญญาณที่เขียนด้วยควอนตัมบิต งานนี้รายงานออนไลน์วันที่ 31 สิงหาคมในScienceช่วยเพิ่มโอกาสในการสร้างเครือข่ายการสื่อสารควอนตัมที่แพร่หลายและมีความปลอดภัยสูง

อุปกรณ์หน่วยความจำคริสตัลควอนตัมกักตุนข้อมูลโดยการดูดซับโฟตอน 

ซึ่งแต่ละอันมีข้อมูลหนึ่งควอนตัมบิตหรือคิวบิต โดยทั่วไป ยิ่งคริสตัลก้อนใหญ่มากเท่าใด โอกาสที่อะตอมของมันจะดูดซับโฟตอนที่พุ่งทะลุผ่านวัสดุได้มากขึ้นเท่านั้น สำหรับคริสตัลรูปลูกบาศก์ทั่วไปที่จะดักโฟตอนรวมถึงอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลใหม่ จะต้องมีความกว้างประมาณหนึ่งมิลลิเมตร ผู้เขียนร่วมการศึกษา Tian Zhong วิศวกรระดับโมเลกุลจากมหาวิทยาลัยชิคาโกกล่าว แต่คริสตัลที่ Zhong และเพื่อนร่วมงานสร้างขึ้นนั้นมีความยาวเพียง 10 ไมโครเมตร และกว้าง 0.7 ไมโครเมตร ซึ่งกว้างพอๆ กับเซลล์แบคทีเรีย

ความลับของขนาดที่เล็กของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลนี้คือรูปร่างของมัน ซึ่งคล้ายกับแท่งช็อกโกแลต Toblerone: ปริซึมสามเหลี่ยมที่มีรอยบากสลักอยู่ด้านบน “ร่องที่ปลาย [คริสตัล] รวมกันทำหน้าที่เป็นกระจกสองบาน หนึ่งบานอยู่แต่ละด้าน” จงกล่าว

Groovy

สันเขาที่ตัดเป็นผลึกของอุปกรณ์ใหม่ (เห็นได้จากภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด) รวมกันทำหน้าที่เป็นกระจกเงา โฟตอนเข้าไปในคริสตัลที่ปลายด้านหนึ่งและเด้งไปมาหลายพันครั้งระหว่าง “กระจก” เหล่านี้ก่อนที่จะหลบหนี ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์หน่วยความจำแบบฟันเลื่อยสามารถจับโฟตอนได้มากขึ้นแม้จะมีขนาดเล็ก

โฟตอนจิ๋ว “กระจก”

เทียนจง

โฟตอนที่เข้าสู่คริสตัลที่ปลายด้านหนึ่งจะกระเด้งไปมาระหว่าง “กระจก” เหล่านี้สองสามพันครั้งก่อนที่จะหลบหนี ซึ่งเพิ่มโอกาสที่อะตอมจะถูกดูดกลืนไปตลอดทาง ดังนั้นผลึกของคริสตัลจึงช่วยให้จับโฟตอนได้ในปริมาณที่เหมาะสม แม้ว่าจะมีอะตอมจำนวนน้อยก็ตาม

ทีมงานของ Zhong ได้ทดสอบความสามารถในการจัดเก็บควอนตัมของคริสตัลโดยใช้ไฟเบอร์ออปติกเพื่อฉีดโฟตอนหนึ่งพวงจากนั้นอีกอันหนึ่ง ข้อมูลควอนตัมบิตที่ส่งไปยังโฟตอนแต่ละอันเป็น 0 หากเป็นของพัลส์ก่อนหน้า 1 หากเป็นของพัลส์ต่อมา หรือ 0 และ 1 พร้อมกันหาก (ต้องขอบคุณกฎที่แปลกประหลาดของกลศาสตร์ควอนตัม) ข้อมูลนั้นเป็นของทั้งคู่ก่อนหน้านี้ และชีพจรต่อมา

โฟตอนบางตัวที่ส่องผ่านคริสตัลถูกอะตอมนีโอไดเมียมดูดกลืน ซึ่งแต่ละอะตอมสามารถยึดเกาะโฟตอนไว้ได้ประมาณ 75 นาโนวินาที เมื่อโฟตอนเหล่านี้รอดออกไป พวกมันก็รูดซิปกลับออกมาจากคริสตัล ผ่านใยแก้วนำแสงที่พวกมันมา ดังนั้นนักวิจัยจึงเห็นแสงแวบหนึ่งออกมาจากคริสตัล ตามมาด้วยอีกดวงหนึ่ง

เมื่อ Zhong และเพื่อนร่วมงานเปรียบเทียบแสงระเบิดดั้งเดิมทั้งสองกับเสียงสะท้อนที่โผล่ออกมาจากคริสตัล พวกเขาพบว่าโดยส่วนใหญ่ โฟตอนแต่ละตัวยังคงเอกลักษณ์ดั้งเดิมไว้เป็น 0, 1 หรือทั้งสองอย่าง Andrei Faraon ผู้ร่วมวิจัยด้านการศึกษา นักฟิสิกส์จาก Caltech กล่าวว่า “นี่คือสิ่งที่แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์สามารถใช้หน่วยความจำควอนตัมได้ “มันไม่ได้ทำลายข้อมูลนั้น”

Jevon Longdell นักฟิสิกส์จาก University of Otago ในนิวซีแลนด์ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานนี้ กล่าวว่า อุปกรณ์หน่วยความจำขนาดเล็กมากชนิดนี้จะช่วยขยายการเข้าถึงเครือข่ายคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคต

โฟตอนที่มีข้อมูลควอนตัมผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสงมีแนวโน้มที่จะหายไประหว่างทาง ดังนั้นข้อความที่เข้ารหัสด้วยควอนตัมบิตจึงไม่สามารถเดินทางแบบไม่หยุดนิ่งได้นานกว่า 100 กิโลเมตร Longdell กล่าว แต่ชิปขนาดเล็กที่บรรจุเครื่องตรวจจับโฟตอน เครื่องกำเนิด และอุปกรณ์หน่วยความจำเหล่านี้สามารถทำหน้าที่เป็นจุดหยุดโฟตอนระหว่างเส้นใยแก้วนำแสง เพื่อช่วยให้ข้อความควอนตัมไปไกลได้เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง