Ερευνητές μετέδωσαν 10 bit πληροφορίας με ένα μόνο φωτόνιο

Ερευνητές αναφέρουν σε μια νέα μελέτη η οποία δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Optics Express, ότι έχουν καταφέρει να μεταδώσουν περισσότερα από 10 bits πληροφορίας με ένα μόνο φωτόνιο.

Αυτό το πέτυχαν με την χρήση μιας καινοτόμου μεθόδου με την οποία ανιχνεύονται μεμονωμένα φωτόνια. Αυτή η πρόοδος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση της ασφάλειας και της ταχύτητας της κβαντικής επικοινωνίας.

Μέχρι σήμερα, πρακτικά, με τη χρήση ενός φωτονίου μπορούμε να μεταδώσουμε ένα bit (είτε «1» ή «0»). Στη θεωρία όμως, δεν υπάρχει όριο στην ποσότητα των πληροφοριών που μπορούν να μεταδοθούν με ένα μόνο φωτόνιο. Υπάρχουν ωστόσο, πολλές πρακτικές θεωρήσεις που περιορίζουν την ποσότητα των πληροφοριών ανά φωτόνιο. Εντούτοις με την χρήση της καινοτόμου μεθόδου οι ερευνητές κατάφεραν να μεταδώσουν όχι λιγότερα από 10,5 bits πληροφοριών με ένα μόνο σωματίδιο του φωτός.

Οι ερευνητές εξηγούν στη μελέτη τους πως λειτουργεί το σύστημα: «Μπορείτε να το συγκρίνετε με ένα δείκτη λέιζερ του οποίου η δέσμη φωτός κτυπάει πάνω σε γράμματα τοποθετημένα σε ένα πίνακα. Το φωτιζόμενο γράμμα είναι η πληροφορία που περιέχεται στο φως του δείκτη λέιζερ. Ο αριθμός των γραμμάτων στον πίνακα καθορίζει την ποσότητα των πληροφοριών που μπορούν να μεταδοθούν με το φως».

Η κύρια διαφορά είναι ότι οι ερευνητές δημιούργησαν ένα αλφάβητο 9072 χαρακτήρων, και σε αντίθεση με τον δείκτη λέιζερ στη πιο πάνω αναλογία, μετέδωσαν τις πληροφορίες με ένα μόνο φωτόνιο. Αυτή ήταν και η βασική πρόκληση σε αυτή την μελέτη : η ενιαία ανίχνευση των φωτονίων. Ήταν πρόκληση καθότι ο θόρυβος (τυχαία φωτόνια), μπορούν να εμποδίσουν την ανίχνευση.

Οι ερευνητές επινόησαν ένα έξυπνο τέχνασμα για την εξάλειψη κάθε θορύβου. Αξιοποίησαν το γεγονός ότι επιμέρους μπλε φωτόνια μπορούν να χωριστούν σε ακριβώς δυο κόκκινα φωτόνια. Έθεσαν το πρώτο φωτόνιο να στείλει ένα σήμα στον ανιχνευτή (ο οποίος μπορεί να συγκριθεί με μια ψηφιακή κάμερα), τον οποίο άνοιξαν για πολύ λίγο.

Χρησιμοποιώντας στη συνέχεια ένα καθρέπτη, το δεύτερο φωτόνιο κατευθύνθηκε στο επιθυμητό γράμμα του αλφαβήτου που δημιουργήθηκε ειδικά. Ωστόσο ανάγκασαν το φωτόνιο αυτό να κάνει μια μικρή παράκαμψη, έτσι ώστε να φτάσει στο γράμμα ακριβώς την ίδια στιγμή που ο ανιχνευτής είχε ανοίξει. Αυτή ήταν η μόνη στιγμή κατά την οποία τα φωτόνια ήταν σε θέση να φτάσουν στον ανιχνευτή. Με τον τρόπο αυτό, οι ερευνητές ήταν σε θέση να εξαλείψουν τον θόρυβο.

«Σε πρακτικό επίπεδο, είναι δύσκολο να καθορίσετε το μέγιστο ποσό των πληροφοριών που μπορεί να μεταδώσει με ένα μόνο φωτόνιο», αναφέρουν οι ερευνητές στη μελέτη τους. «Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο μας, δεν υπάρχει θεωρητικό όριο για την ποσότητα των πληροφοριών που μπορεί να σταλεί. Η ποσότητα των πληροφοριών εξαρτάται από το μέγεθος του αλφαβήτου που δημιουργείτε. Αλλά, ακόμα κι αν θα μπορούσατε να δημιουργήσετε ένα αλφάβητο με τόσους χαρακτήρες όσα είναι και τα άτομα που υπάρχουν σε όλο το σύμπαν, θα εξακολουθούσατε να είσαστε σε θέση να μεταδώσετε το μέγιστο των 270 bits με ένα φωτόνιο».

Παραπομπές

Tristan B. H. Tentrup, Thomas Hummel, Tom A. W. Wolterink, Ravitej Uppu, Allard P. Mosk, Pepijn W. H. Pinkse. Transmitting more than 10 bit with a single photon. Optics Express (2017). DOI: 10.1364/OE.25.002826

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *