Fizikai, parodę, jog dirbtinis atomas, įterptas į perdavimo liniją, gali nusiųsti vieną fotoną, atkeliavusį iš įvesties jungties, į vieną iš dviejų išvesties jungčių, iš tikrųjų sukūrė pirmąjį maršrutizatorių, veikiantį pavienių fotonų pagrindu. Pavienių fotonų maršrutizatorius vieną gražią dieną galėtų būti naudojamas kaip kvantinės informacijos tinklo mazgas, atliekantis svarbiausius duomenų apdorojimo ir persiuntimo funkcijas.
Fizikai, parodę, jog dirbtinis atomas, įterptas į perdavimo liniją, gali nusiųsti vieną fotoną, atkeliavusį iš įvesties jungties, į vieną iš dviejų išvesties jungčių, iš tikrųjų sukūrė pirmąjį maršrutizatorių, veikiantį pavienių fotonų pagrindu. Pavienių fotonų maršrutizatorius vieną gražią dieną galėtų būti naudojamas kaip kvantinės informacijos tinklo mazgas, atliekantis svarbiausius duomenų apdorojimo ir persiuntimo funkcijas.
Mokslininkų komanda, kuriai vadovavo Peras Delsingas (Per Delsing) ir Krisas Vilsonas (Chris Wilson) iš Čalmerso technologijos universiteto Geteborge (Švedija), kartu su kolegomis iš Ispanijos nacionalinės tyrimų tarybos Madride aprašė savo pasiekimus naujausiame žurnalo „Physical Review Letters“ numeryje.
Kaip aiškina mokslininkai, valdyti ir nukreipti fotonus yra sudėtingiau nei valdyti ir nukreipti elektronus, kurie sudaro šiandienos maršrutizatorių veikimo pagrindą. Sunkumų kyla todėl, kad, kitaip nei elektronai, fotonai nėra linkę tarpusavyje stipriai sąveikauti. Vis dėlto vienas iš svarbių reikalavimų, kuriuos turi tenkinti kvantinis kanalas, yra galimybė informaciją perduoti dideliais atstumais. Kadangi fotonai koherentiškai gali nukeliauti kur kas didesnius atstumus už kitas kvantines sistemas, pavyzdžiui, atomus, logiška juos panaudoti kaip kvantinių tinklų informacijos nešėjus.
Tam, kad sukonstruotų savo pavienių fotonų maršrutizatorių, mokslininkai kaip dirbtinį atomą panaudojo superlaidų kubitą (nors kubitas iš tikrųjų yra sudarytas iš kelių atomų bei turi diskretinius energijos lygmenis – visai kaip realus atomas). Tuomet tyrėjai kubitą sujungė su vienmate perdavimo linija, kuria keliauja mikrobangų fotonai. Toliau prijungė silpną fotonų šaltinį ir kartas nuo karto paleisdavo stipresnį valdymo impulsą. Nesant šiam impulsui dirbtinis atomas atspindi atskriejančiuosius fotonus, nukreipdamas juos į pirmąją išvestį. Kuomet paleidžiamas valdymo impulsas, jis sukelia reiškinį, kuris vadinamas elektromagnetiškai sužadintu skaidrumu. Šis reiškinys leidžia atomui tapti skaidriu silpnam fotonų pluoštui, todėl šie praskrieja pro atomą į antrąją išvestį. Tokiu būdu mokslininkai galėjo nukreipti atskriejančius fotonus į vieną iš dviejų išvesčių.
„Elektromagnetiškai sužadintas vieno atomo skaidrumo reiškinys buvo užregistruotas optiniame domene, tačiau pasižymėjo mažu ekstinkcijos koeficientu“, – pasakoja P. Delsingas. – Japonų tyrėjų grupei mikrobangų domene pavyko pasiekti 90 procentų rezultatą, tačiau jie neišgavo maršrutizatoriaus funkcijų. Tad galima sakyti, kad tai pirmasis maršrutizatorius, veikiantis fotonų pagrindu. Be to, jo efektyvumas siekia 99 procentus ir jis ganėtinai spartus.“
Tyrėjai padidino ekstinkcijos efektyvumą iki 99.6 procento, o tai leidžia dar geriau kontroliuoti fotonus. Įrenginio nukreipties laikas (laikas, kurio reikia, kad fotonas būtų nukreiptas į vienos išvesties į kitą) siekia vos kelias nanosekundes.
Mokslininkai taip pat pažymi, kad maršrutizatorių galima nesunkiai praplėsti – kad šis turėtų keliolika išvesties jungčių, būtinų kvantinio mazgo funkcijoms atlikti.
„Jau galvojame apie kelis naujus eksperimentus, – tęsia P. Delsingas. – Vienas iš jų yra pabandyti sukonstruoti straipsnyje aprašytą keliolikos jungčių maršrutizatorių. Kiti galimi eksperimentai susiję su keliolikos dirbtinių atomų patalpinimu toje pačioje perdavimo linijoje ir tarpusavyje sąveikaujančių atomų bei fotonų skaičiaus padidinimu. Mes žingsniuojame didelės apimties kvantinių objektų sujungimo link.“
Kaip teigia mokslininkai, kvantinių kanalų darbui labiau tiktų ne mikrobangų, o optiniai fotonai. Šis įrenginys taip pat galėtų būti pritaikytas tyrimams.
„Maršrutizatorius gali praversti atliekant tyrimus, pavyzdžiui, pavienių fotonų šaltinio spinduliuojamus fotonus paskirstyti keliems bandymams, vykdomiems tame pačiame luste, – aiškina P. Delsingas. – Tai leis atlikti kur kas kompaktiškesnius ir labiau susietus eksperimentus su mikrobangų fotonais.“
„Fotonai yra idealūs kvantinės informacijos nešėjai, – prideda jis. – Naudodami šį maršrutizatorių, galime paskirstyti ir persiųsti fotonus, nešančius kvantinę informaciją. Galima įsivaizduoti, jog tolimoje ateityje turėsime vadinamąjį kvantinį internetą. Vis dėlto tuomet reikės papildomų įrenginių, pavyzdžiui, kvantinių kartotuvų.“
