Sintetiniai deimantai švino „Princeton“ komandą į „Quantum Encryption Breakthrough“

Kiekybinių informacijos ar qubitų saugojimas yra daug sunkiau nei įprastų dvejetainių skaitmenų saugojimas. Tai ne tik tie, kurie yra nuliai, bet ir visa subtilių kvantų superpozicijų tarp jų. Elektronai gali lengvai išstumti iš šių valstybių, jei jie nėra saugomi tinkamose medžiagose, todėl „Princeton“ elektrotechnikos specialistai dirba su JK gamintoju, kad sukurtų geresnę saugojimo medžiagą - sintetinius deimantus - nuo nulio. Jie paskelbė savo sėkmės ataskaitą ketvirtadienį Mokslas.

Dešimtmečius fizikai, medžiagų inžinieriai ir kiti bandė pasiekti koncepcinį kvantiniu būdu saugomų ryšių pažadą, nes per šį procesą perduoti duomenys teoriškai yra apsaugoti nuo slapto stebėjimo. Bet koks bandymas pastebėti, kad duomenys tarp šalių - „Laisenbergo neapibrėžtumo principas“ iš esmės pakeistų šią informaciją, greitai atskleisdamas, kad jis buvo pažeistas. Problema buvo laikyti ir išsaugoti qubitus, o po to juos konvertuoti į šviesolaidinius fotonus, o deimantų naudojimas yra būdas pasiekti abu. Bet ne tik bet koks deimantas darys, todėl Prinstono komanda sunkiai dirbo kurdama sintetinį, kaip jie aprašo savo darbe.

„Savybės, kurias taikome, yra kvantiniams tinklams svarbios“, - sako elektros inžinierius Nathalie de Leon Inversinis. Princetone, kur de Leon yra docentas, jos komandos dėmesys iš esmės yra išradimas kvantinės įrangos. „Tai yra programos, kuriose norite kažko, kas turi ilgą saugojimo laiką, ir tada taip pat turi gerą sąsają su fotonais, kad galėtumėte siųsti šviesą labai ilgais atstumais.“

Fotoninės sąveikos yra labai svarbios didelės spartos tarptautiniams ryšiams, nes visa informacija, keliaujanti per šviesolaidinius kabelius, per mūsų pasaulinę infrastruktūrą vyksta kaip diskretiški fotonai - važiuojant 69 proc. Šviesos greičio. (Nicoje.)

„Tai kelia daug apribojimų optinėms charakteristikoms“, - sako de Leon. „Kaip pavyzdį, tikrai svarbu, kad spalva būtų stabili. Jei fotono spalva per tam tikrą laiką šokinėja, tai tikrai blogai šiems protokolams. “

Šiuo metu de Leono grupė bando sukurti šių sintetinių deimantų versiją, kuri gali konvertuoti į standartinį 1550 nanometrų bangos ilgį, kuriuo fotonai dabar pereina optinio pluošto kabelius. Šiuo metu jos komandos sintetiniai deimantai palaiko 946 nanometrų fotonų bangų ilgius. (Fotono „spalva“ čia yra šiek tiek eufemizmo, nes abu šie bangos ilgiai yra infraraudonųjų spindulių atspalviai už matomo spektro.)

Kliūtis, su kuria jos komanda tik sugebėjo kirsti, yra laikyti tuos qubitus į kristalinius kvantinius pakartotuvus, panašius į pakartotuvus, kurie šiuo metu naudojami siekiant užkirsti kelią signalo praradimui ir degradacijai šiuolaikiniuose šviesolaidiniuose ryšiuose. Svarbiausias šio proceso žingsnis buvo sintetinių deimantų gamyba su kuo mažiau nepageidaujamų priemaišų (daugiausia azoto, daugiausia) ir daugiau priemaišų, kurias jie norėjo (silicis ir boras).

„Azotas pasirodo esąs pagrindinis defektas, kurį gausite šiuose deimantuose“, - sako de Leon. Jos grupės partneriai britų deimantų kūrimo elemente „Six Six“ turėjo sukurti daugiau nei vidutines vakuumo sąlygas, nes net paprastas vakuumas kameroje gali palikti pakankamai azoto, kad užterštų dirbtinai pagamintus kristalus. Kadangi azotas turi dar vieną laisvą elektroną nei anglis, azoto priemaišos trikdo unikalią elektrinę makiažą, kurią tikisi mokslininkai.

Kiti nedideli defektai taip pat gali pakenkti šių deimantų sandėliavimo potencialui.Tikslas yra turėti porą atomų dydžio laisvų darbo vietų kristalinėje sistemoje kartu su pakeistu silicio atomu, kur anksčiau buvo viena anglis, bet kartais tos poros gali susikibti į „laisvas darbo vietas“, kurios pradeda perskirstyti savo elektronus erzina, priešingus rezultatus. Kartais poliravimas ir ėsdinimo pažeidimas deimanto paviršiuje taip pat gali sukelti domino efektą, taip pat ir su elektronų modeliu. Čia gali padėti boras, kuriame yra vienas mažiau laisvo elektrono nei anglis.

„Ką mes turėjome padaryti, - sako de Leon'as, - tai prasideda nuo šio itin didelio grynumo deimanto ir tada auga tam tikru boru, kad iš esmės įsiurbtų bet kokį papildomą elektroną, kurio negalėjome kontroliuoti. Tada buvo daug medžiagų apdirbimo - nuobodu, pavyzdžiui, terminis karščiavimas ir paviršiaus remontas, kad įsitikintume, jog vis dar atsikratome daugelio kitų defektų, kurie jums suteikia papildomų mokesčių. “

Abiejų šių iššūkių įvaldymas, daugelis įtariamųjų lauke, yra raktai, leidžiantys visiškai funkcionuoti ir beveik neįmanoma įveikti kvantų šifravimo.

Prieš sintetinių deimantų aušrą tik prieš kelerius metus kvantinės optikos srities mokslininkai savo darbui turėjo pasikliauti natūraliais deimantais - ypač konkrečiu deimantu.

Pasak de Leono, visi kvantinės optikos srities specialistai turėjo pasikliauti vieninteliu natūraliu būdu pagamintu deimantu iš Rusijos, kuris tiesiog turėjo tinkamą procentą boro, azoto ir kitų priemaišų, kad būtų galima atlikti tyrimus. Deimantų fragmentai buvo išpjauti ir paskirstyti mokslinių tyrimų grupėms visame pasaulyje.

„Daugelis grupių turėjo savo mažą„ magiško “rusų deimantų gabalėlį“, kaip sakė „Leon Leonardo Princeton“ naujienų tarnyba. „Harvardo mieste mes pavadinome„ Magic Alice “ir„ Magic Bob “.

Taigi, TL; DR, Vakarų mokslininkai vis geriau gamina savo magiškus kvantinius skaičiavimo deimantus, o ne priklausomai nuo Rusijos stebuklingo kvantinio skaičiavimo deimanto. Tai faktinis sakinys, kuris skamba juokinga. Classic 2018.