ابتكر علماء ألمان طريقة جديدة لتوليد فوتونات أحادية تحت الحمراء تعتمد على السيليكون. يولد المصدر ما يصل إلى 100 ألف فوتون في الثانية. يمكن أن يجمع هذا النهج بين التشفير الكمي وتقنيات أشباه الموصلات الشائعة.
يتم استخدام توزيع المفتاح الكمي لضمان أمن البيانات. يتمثل جوهر الطريقة في إنشاء مفتاح تشفير سري مشترك لمستخدمين عن بُعد باستخدام قناة اتصال مفتوحة فقط. تعتمد الطريقة على قوانين ميكانيكا الكم. يمكن دائمًا العثور على طرف ثالث يحاول فك تشفير المفتاح. تؤدي العملية الفعلية لقياس الحالة الكمومية إلى حالات شاذة - اللاحتمية الكمية. في هذه الحالة ، يتم إنشاء المفتاح بنجاح فقط في حالة عدم تجاوز الحالات الشاذة الحد المعين.
تستند بروتوكولات الإرسال للتشفير الكمومي إلى إرسال الفوتونات المفردة. الفوتونات هي كميات من الضوء على شكل موجات كهرومغناطيسية عرضية. يضمن نظام الفوتون المفرد سلامة الطريقة. إذا كان هناك العديد من الفوتونات ، فيمكن اعتراضها واختيار المفتاح بنفس طريقة المستخدمين المصرح لهم. لكن هناك ميزاتفي مصادر الفوتونات المفردة. على الرغم من التقدم المحرز ، يتم استخدام نبضات الليزر الضعيفة في إنشائها. والمشكلة الأساسية الأخرى هي الضوضاء. تسخن الألياف الضوئية بشكل مختلف بسبب انتقال الفوتونات الفردية ، وبالتالي يمكن ثنيها. بسبب هذه القيود ، توجد الآن حدود لعرض النطاق الترددي للاتصالات الكمومية. ينقل الكبل القياسي 1.26 ميغابت في الثانية على مسافة 50 كيلومترًا. و 1.16 بت في الساعة لمسافة 404 كم عبر كابل خاص مع فقدان بيانات منخفض للغاية.
فيزياء من جامعة دريسدن للتكنولوجيا تحت قيادة مايكل هولينباخ وعلماء من مركز هيلمهولتز دريسدن روسندورف أنشأوا نظامًا لمصادر الفوتون الفردي على أساس رقائق SOI المصنوعة من السيليكون. تعتبر رقائق السيليكون جوهر جميع الأجهزة الحديثة ، بما في ذلك المعالجات وأجهزة التحكم الدقيقة. كقاعدة عامة ، تصنع الدوائر الدقيقة من السيليكون أحادي البلورية.
باستخدام مسرع ، وضع العلماء الألمان ذرات الكربون في السيليكون. شكلت ذرتان C المجاورتان ، مع ذرة السيليكون Si ، جزيء منفصل يسمى مركز G. يصدر مركز G فوتونات تحت ليزر تركيز 1.3 ميكرون. تنتشر الفوتونات من هذا النوع دون عوائق على طول الألياف الضوئية.
يمكن لمولد النموذج الأولي ، الذي ابتكره الفيزيائيون الألمان ، أن ينتج حوالي 100 ألف فوتون منفرد. تم إجراء جميع الاختبارات العلمية على صفيحة SOI مثبتة في ناظم التبريد ذو الحلقة المغلقة Attocube 800 والذي يوفر درجة حرارة أساسية تبلغ 4.6 كلفن.
أفاد مؤلفو الدراسة أنهم كانوا أول من أثبت جدوى وضع بواعث أحادية الفوتون في ألواح SOI الصناعية. كما قدموا مفهوم تنفيذ منصة فوتونية متوافقة مع تقنيات السيليكون الحديثة.
سيساعد هذا الاكتشاف على دمج المعالجات الكمومية وأجهزة إعادة الإرسال في الأنظمة الحالية باستخدام مكونات السيليكون.
تم نشر نتائج البحث في مجلة Optis Express .
