Kuantum İletişimine Giriş ve Malzemelerin Rolü

Kuantum iletişim, kuantum mekaniklerinin yasalarını, bu sistemleri pratik yapan fiziksel bileşenlere teorik olarak bağışıklık sağlamak için kullanır. Matematiksel karmaşıklığına dayanan kuantum anahtar dağıtım (QKD) tek katlıdır - kuantum güvenli ağların algılanması için küresel itmeler, bu hataların kalbindeki her kuantum iletişimin kalbindeki bu hataların ve yüzeysel olmayan iki değişkenin ortaya çıkmasını sağlar.

Küresel bir kuantum internetin oluşturulması, manipüle edilmesi, depolanması ve kuantum devletlerini yüksek sadakatle algılaması gerekir; bu nedenle, araştırmacılar, çeşitli platformların bir dizisini araştırıyorlar, her bir alanda hızla gelişiyorlar ve malzeme sentez, hata mühendisliği ve hibrit entegrasyon yeni yollar ilerliyorlar.

Süperiletme Malzemeleri

Superconductors uzun zamandır süperconduct dalga kılavuzları ve resonatörlerin düşük hacimli okuma ve darbe yapma yeteneği nedeniyle kuantum teknolojilerinin temel taşı olmuştur.In kuantum iletişiminde, öncelikle tek foton dedektörleri, kuantum anılar ve devre QED elementleri için kullanılır.

Yüksek hacimli Superconductors

niobium gibi Konvansiyonel süper iletkenler 4 K yakınında sıcaklıkları azaltmaktadır, bu da önemli maliyet ve karmaşıklığı da içeriyor. Yüksek sıcaklık süper iletkenleri (HTS) ve bismuth strontium kalsiyum bakır oksit (BSCCO) üzerindeki son derece yüksek çözünürlükte bulunan nano-parçalı sistemler için onları daha yüksek çözünürlükte kullanan nano-parçacıklı bir şekilde kontrol eden nano-kondüktörler için son derece yüksek çözünürlükte çalıştırmaktadır.

Bu ilerlemelere rağmen, zorluklar kalır. HTS malzemeler gürültüyü tanıtabilecek ve nano ölçekli cihazlara modellemek için onları dikkatli bir işlem optimizasyonu gerektirir. Devam eden çalışma, film üniformasını geliştirmek ve hatalı lazer dekonu teknikleri aracılığıyla kusurları azaltmak için hedefler. HTS tabanlı kuantum tekrarlayıcılar ve krigen hafıza tamponları geliştirmeleri aktif bir keşif alanıdır.

Josephson Junctions ve Devre QED

Josephson kavimleri, süper iletken iyonların bina bloklarıdır ve alüminyum-aluminumlu oksit-aluminum standarttır, ancak son çalışma, ameliyat sıcaklıkları artırmak için ince bir insulating bariyeri araştırıyor. kuantum iletişim için, düşük aşama gürültüsü ve yüksek tutarlılık, yüksek çözünürlükte Josephson parametrik yükselteçlerin entegrasyonunun standart olduğu gibi, ancak son iş, kuantum uçları artırmak için niobium nitride ve HTS kümülatifleri incelemiştir.

İnce-Film Deposition ve Scalability

Tek cihazlardan gelen süper iletken bileşenleri entegre devreler için hassas ince film depozetleri, optik komplike epitaxy, sputtering ve atom tabakası ayrışmaları, düşük kusurlar ile homojen filmler üretmek için tasarlanmıştır.SNSPD dizileri altında 50 $ 'lık dalgalar ve düşük transkriptlere sahip optik dalgalar ile hıza ulaşma yeteneği 50 1'lik yüksek çözünürlükte anahtar bir anahtar dönüm noktası.

İki Boyutlu (2D) Malzemeler

İki boyutlu malzemeler ailesi, van der Waals kuvvetleri tarafından birlikte tutulan atomik olarak ince tabakalar tarafından karakterize edilen, kuantum fotonikler için olağanüstü optik ve elektronik özellikler sunar. Aşırı incelik fotonik yapıların modunu azaltırken, güçlü ışık-matter etkileşimi verimli tek foton emisyonu ve doğrusal olmayan etkiler sağlar. Ek olarak, 2D malzemeler kuantum tasarım sistemleri oluşturmak için oldukça hassastır.

Graphene

Karbon atomlarının tek bir katmanı, ultra yüksek taşıyıcı hareketliliği ve geniş bant optik absorpsiyon ile yarı metaldir. Graphene, optik modülcüler ve tek foton dedektörleri ile çalışan optik optik komplikeli optik optik komplikeli optikler için uygundur. Graphene bazlı fotodetektörler şu anda 200 GHz'yi aşabilir, yüksek oranda QKD. Son çalışma göstermiştir grafikte tek kullanımlık tek kullanımlık dedektörü ile çalışır.

Ayrıca, grafikene plazmonlar, kuantum bilgi için bir otobüs olarak hizmet eden kenar plazminleri sunabileceğini gösterdiler. Araştırmacılar, kuantum bilgi için bir otobüs olarak hizmet eden grafiklere sahip olabilirler.

Transition Metal Dichalcogenides (TMDs)

Monokat TMD'ler, molybdenum disulfide (MoS2), Tüf disulfide (WS2) ve TIP distenele (WSe2) güçlü bir eksonik emisyon ile doğrudan yarı iletkenler sergiliyorlar. Doğal olarak tek katlı tek katlı yayarlar veya su geçirmez yerelleştirme sitelerinde, emisyonlu yüksek basınçlı havalarda 10'a kadar çalışır ve son derece yüksek çözünürlükte çalışır.

TMD'lerin başka bir eşsiz özelliği vadi kutuplaşmadır, taşıyıcının vadi özgürlüğünün kuantum biraz kullanılabilir olması mümkündür. Optik olarak vadi indeksine hitap ederek, araştırmacılar vadiye dayalı ipuçları uzun süre ile göstermiştir. TMD vadileri nanofoleferik boşluklarla bütünleştirerek, entropik tek foton nesil olarak kullanılabilir kuantum ağlarına göre önemli bir zorunluluktur.

Hexagonal Boron Nide (hBN)

Hexagonal boron nitride, 2D materyalini oluşturan bir inzivat, TMD'lere karşı hareket eden çeşitli atom kusurlarına ev sahipliği yapmaktadır, hBN yayıcıları büyük ölçüde karmaşık hale getirir.Bu yayarlar elektron iralasyon veya iyon implantasyon ile yaratılır, portatif konumlama ve sağlamlıkların altında tutulmasına izin verir.In contrast single-photon spreaders run at the ultraviyole, visibleing system built from hBN are being explored for free-space Qradiation and strongness.

HBN'nin silikon fotonik dalga kılavuzları ve ring rezonansları ile entegrasyonu, kuantum ışığının tükenmesine izin veriyor. Ancak, emisyonu kontrol ediyor ve spektral difüzyonun azaltılması gibi yöntemler bu sınırlamaların üstesinden gelmek için geliştiriliyor.

2D Malzemeler için entegrasyon meydanları

2D malzeme olağanüstü performans sunarken, büyük ölçekli integralleri kuantum iletişim bileşenleri ile yüz yüze engeller. Mekanik exfoliasyon ve kimyasal buhar ayrıştırma (CVD) farklı kalite ve boyut ile flakes üretir. CVD büyümenin düşük ölçekli monokatronik, poliklinite ve kusurların degrad cihazı performansına etkisi.

Topolojikorsorlar

Topolojik insulators (TIs), kuantum iletişim için cazip bir malzeme sınıfıdır, TIs, üstolojik olarak korunan yüzey devletleri aracılığıyla elektrik idare eder ve tek foton dedektörleri gibi aktif elementler olarak kullanılabilir.

Malzeme Platformları: Bi2Se3, Bi2Te3 ve Sb2Te3

En hassas topolojik insülatörler, kızılötesi geçişler (Bi2Se3), biyosmuth Telluride (Bi2Te3) ve antimony Telluride (Sb2Te3) ile bu malzemeler, güçlü topolojik kanallarda optik geçişler için bant genişliğine sahiptir.In fotonikler, TI'ler yüksek taşıyıcıya yol açan ve düşük maliyetli kütleleri geliştirmek için kullanılabilir.

Topolojik olarak Qubits'leri Korumak

Yüzey devletlerinin sağlamlığı da üstolojik olarak korunan qubits olasılığını gösteriyor, kuantum bilgilerinin ana akımlarında depolandığı yerde, Binbaşına sıfır modlarının karşılıklı olarak üstündür. kuantum iletişim için, üst düzeye çıkanlar da süper iletkenler ile eşleştirilebilir.Bu qubitler yerel gürültüden doğal olarak korunacaktır, potansiyel olarak geleneksel süper iletkenleri aşan zamanlarını aşıyor.

Bütünleşme ve Büyümede Meydanlar

İletişim cihazlarındaki topolojik insulatörlerin pratik dağıtım, düşük hacimli iletkenlik ile yüksek kaliteli ince film gerektirir. Bulk kusurları genellikle yüzey devletlerini maskeleyen paralel yönlendirme yollarına katkıda bulunabilir. Moleküler kiriş epitaxy, silikon veya lityum sinobatezi gibi standart fotonik platformları ile birlikte baskı altında kalır, ancak ölçeklenebilirlik lattice ve üstolojik kontraksiyonlar ile son gelişmelerle sınırlıdır.

DefectBased Systems: Elmas ve Silikon

Geniş bantgap yarı iletkenlerinde atomik kusurları, kuantum anıları ve tekrarlayıcılar için lider adaylar olarak ortaya çıktı. elmasta azot temizleme (NV) merkezi en olgun platformdur, ancak silikon tırmalarında renk merkezleri (SiC) ve diğer malzemeler yarı iletken üretim ile uyumluluk nedeniyle trafiğe sahiptir.

NitrogenVacancy (NV) Elmas'ta Merkezleri

Elmastaki NV merkezleri, kuantum tekrarlayıcılarda kuantum anıları için ideal bir noktadır.Bir NV merkezi bir buharlı site ile karıştırılabilir. Uzun elektron spin coherence süreleri (daha fazla deney için yer sıcaklığında milisans göster) ve optik adresability, onları kuantum anıları için ideal kılar.

Zorluklar, optik olarak verimli olan NV merkezlerinin düşük kısmını içerir (yalnızca yaratılan merkezlerin yaklaşık% 3'ü kullanılabilir) ve büyük elmasta elması aşırı derecede yüksek oranda depolayarak kuantum anılarının üzerinde çalışır.Daha sonra eklenmiş elmas ve iyon implantasyon ile çalışır.

Silikonillo'daki Renk Merkezleri (SiC)

SiC, NV merkezlerine benzer özellikler sunuyor, ancak yakın zamanda (yaklaşık 900-1100 nm) ile birlikte, O-band fiber iletim pencereleri ile uyumlu olan birkaç yüz mikrosaniyede benzer özellikler sergiliyor.

Son gösteriler SiC'de oda sıcaklığında tek foton yayıcıları içerir, ancak spin coherence şu anda etkili kuantum ağ düğümleri oluşturmak için çok önemli bir adımdır. Araştırmacılar oda-sıcak operasyonu hedeflemekte olan nükleer spin gürültülerini azaltmak için ektopik bir saflaştırmaya çalışmaktadır. SiC dalga kılavuzları ve mikro-ring resonatörlerin üretimine katkıda bulundular.

Nadir Dünyaca Doped Kristalleri

Bir başka hata sistemi nadir olarak ortaya çıkmaktadır. / A.g., erbium, neodymium, praseodymium) ve özellikle de ytrium veya thosim gibi kristal ev sahipliğinde (Y2SiO5) veya lityum niobate. Bu malzemeler mevcut fiber altyapı ile dar bir şekilde birleştirmektedir.Son zamanlarda kuantum hafızalarda% 50'lik bir süre boyunca onları kuantum hafızalarda gösterdi.

Proleter kristal boşlukları olan nadir filmlerin üretimi zor kalır. Ion implantasyon ve ko-doping yöntemleri ev sahibi kristalin bozulması olmadan üniforma yapmak için tasarlanmıştır. nadir görülen kristal boşlukların kombinasyonu talep üzerine tek fotonik kristal boşluklar üretip tek fotonikler elde edebilir.

Kuantum Dots

Epit aksiyel olarak yarı iletken kuantum dots (QD) en iyi ses kaynağı arasında, 900-950 nm civarındaki dalga dalga dalga dalga dalgalarını sergileyen ve yüksek derecede entanglement.Indium arsenide (InAs) QDs, 90'dan fazla verim elde etmek için en yaygın olarak kullanılan, ses dalgaların etrafında.

kuantum iletişim için, uygulanabilir fotonların üretilmesi yeteneği, Hong-Ou-Mandel müdahalesi ve entang takası için gereklidir. Devlet-of-art QDs, iki foton müdahale visibilitelerini %98'in üzerinde göstermiştir.

QD'lerin ana sınırlaması, sinojen operasyona (tipik olarak 10 K'un altında) ihtiyaçtır ve büyüme varyasyonları nedeniyle emisyon dalgalarının istatistiksel dağılımıdır.Resonance fluorescence gibi, ve teknikler, bireysel QD'leri ele almak için kullanılır.

Fotonik Kristaller ve Metamalzemeler

Fotonik kristaller ve metamalzemeler, alt dalga uzunluğundaki ölçeklerde ışık kontrol eden yapılar değildir. kuantum iletişim bileşenlerindeki ışık yakma etkileşimi için temeldir. Photonic kristal boşluklar bir mod hacmine ışık tutabilir ( ⁇ /2)3, Purcell etkisi aracılığıyla gömülü kuantum yayıcılarının spontan emisyon oranını artırmak.

Hiperbolik metamalzemeler gibi özelleştirilmiş dağılımlarla Metamalzemeler, kuantum dotları veya renkli merkezleri gibi aktif malzemelerle bütünleşmek, karbonhidrat kayıpları ve fabrika karmaşıklığı nedeniyle bir meydan okumadır.

Meydanlar ve Gelecek Yollar

Etkileyici ilerlemeye rağmen, ortaya çıkan malzemeler, pratik kuantum iletişim bileşenlerinin farkına varmak için ele alınması gereken birkaç ortak zorlukla karşı karşıyadır. Operasyonel koşullar altında malzeme istikrarı - rejit malzeme platformları (süpertler, 2D materyaller ve kusur merkezleri), emisyon dalga boyun eğlendirici bir işlemde veya spin korelasyon problemine yol açar, uygun olmayan malzeme entegrasyonu gerektiren bir işlemdir.

Gelecek araştırma, birden çok malzemenin güçlülerini kullanan karma sistemlere odaklanma olasılığı yüksektir. Örneğin, uzun ömürlü nadir görülen bir bellekle hızlı bir süper iletkenlik sağlayan, tekrarlayıcılar ile verimli kuantum tekrarlayıcılar sağlayabilir. Benzer şekilde, van der Waals heteroyapıları - en son iki boyutlu materyali şarj etme olasılığı - zeminden gelen özel elektronik ve optik özellikleri çözme imkanı. Makine öğrenimi ve yüksek kodlama hesaplamalı tarama ile yeni malzemelerin keşfi, sıfır-fonon çizgileri gibi.

Oda-sıcak kuantum yayıcıların gelişimi, düşük sıcaklıklarla kuantum iletişimin etkisini sık sık sık sık sık sık sık sık sık kuantum optiğine bağlayan kuantum optiğilerin bu yönde söz verdiği ortaya çıkan bazı göstergeler.Aynı zamanda, kriocooler miniaturizasyonda ilerlemeler düşük sıcaklıklar etkisini azaltabilir. kuantum iletişimin klasik telekomünikasyon ile bir araya gelmesi - özellikle de kuantum yayılım tekniklerinin kullanımı yoluyla kuantum yayıcı fotonları birbirine bağlar - yeni nonlineer optik malzemelere güvenecektir.

Son olarak, topluluk sistem düzeyinde gösterilere doğru itiyor, çünkü metropol alanlarda çok sayıda kuantum ağı gibi. Bu testler başarısızlık modları ve performans şişeleri ortaya çıkarmakla maddi platformların olgunluğunu artırıyor. malzemeler bilimi ve kuantum mühendisliğinde devam eden yatırımla, küresel kuantum interneti sürekli olarak daha somut hale geliyor.

Daha fazla derinlikte bulunan dış kaynaklar, İZFLT:0) kuantum ağlarına yapılan üstün binalar[Döneticileri: 1), kuantum fotonikler için iki boyutlu materyaller[Döneticiler için [Döneticiler için [Döneticiler için 3 ) ve [[Döneticiler [Döneticiler için] ) Ayrıca, Amerikan Fiziksel Toplum[FLT: 9) konferans işlemleri ve mevcut araştırma vurguları da bulunabilir.