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2024-08-26 11:30:58
科学者たちは、将来の高速量子通信ネットワークでデータを安全に送信するために使用できる量子もつれ光子（光の粒子）を生成できる「非常に明るい」光源を開発した。
将来の量子インターネットは、 エンタングルメント光子 つまり、粒子は距離に関係なく、時間と空間を超えて情報を共有するということです。 量子力学こうしたエンタングルメントされた光子にエンコードされた情報は、その「量子コヒーレンス」（粒子がエンタングルメントされた状態）によってデータが傍受されないことを保証しながら、高速で転送することができます。
しかし、量子インターネットを構築する上での重要な課題の 1 つは、これらの光子の強度が、移動距離が長くなるほど弱まる可能性があることです。光源の明るさが十分ではなかったのです。長距離にわたってデータを送信できる量子インターネットを成功裏に構築するには、光子が「デコヒーレンス」を防ぐのに十分な強度でなければなりません。デコヒーレンスとは、エンタングルメントが失われ、光子に含まれる情報が消失する現象です。
7月24日にジャーナルに掲載された研究によると イーライトヨーロッパ、アジア、南米の科学者たちは、既存の技術を使用して、極めて高い輝度を実現する新しいタイプの量子信号源を開発しました。
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彼らは、光子ドットエミッター（単一光子、つまり光の粒子の発生装置）と量子共振器（量子シグネチャを強化する装置）を組み合わせて、強力な新しい量子信号を作成することでこれを達成しました。
最近の研究が特に興味深いのは、個々の技術が研究室で独立して実証されていたものの、別々にテストされただけだったことです。この研究は、これらの技術が相互に連携して使用された初めての研究です。
研究者らは、圧電アクチュエータ（熱や圧力が加わると電気を生成する装置）上の円形ブラッグ共振器（電磁波を誘導するために使用される反射器）と光子ドットエミッターを組み合わせました。これにより、放出された光子を微調整して最大の偏光エンタングルメントを実現できる、強化された形態の光子エミッターが誕生しました。これは圧電アクチュエータを使用して制御されました。
この装置によって生成された光子対は、高いエンタングルメント忠実度と抽出効率を持っていました。つまり、各光子は十分に明るく、その「量子シグネチャ」（有用な量子特性）を良好に保持しているということです。これまでは、それぞれの側面で異なる技術が必要であり、これらをスケーラブルに組み合わせるのが難しかったため、有用なレベルの明るさと高いエンタングルメント忠実度の両方を同時に達成することは困難でした。
これは実用的な量子技術の開発における大きな前進であり、量子技術を組み合わせてより強力で実用的な光源を作り出す方法を実証しています。
残念ながら、量子インターネットはすぐに実現するとは期待できません。さまざまな技術がまだ実験段階と開発段階にあるからです。研究で使用された光子エミッターの製造には、専門家による取り扱いを必要とするヒ素などの有毒な原材料も必要でした。また、光子ドットエミッターの原料であるガリウムヒ素の使用についても、安全性に関する懸念があります。 フィッシャーサイエンティフィック科学研究用の実験機器や化学薬品のサプライヤーである リスト ガリウムヒ素は、発がん性を含むいくつかの理由から有害であるとされています。
これらの材料の使用に関する安全性の懸念は、概説した方法論の拡張性を制限する可能性がある。したがって、将来の量子通信ネットワーク用の明るいエンタングルメント光子を生成するために、実行可能な代替材料を特定する必要があるかもしれない。
開発プロセスの次の段階では、ダイオードのような構造を圧電アクチュエータに統合します。これにより、量子ドット全体に電界が生成され、デコヒーレンスが抑制され、エンタングルメントの度合いが高まります。
量子インターネットの開発にはまだまだ多くのステップが残っているが、光子放出器と共振器をうまく組み合わせて高輝度でエンタングルメントのある光子を実現できたことは大きな前進だと科学者らは述べた。
#非常に明るい新しい光子のおかげで解読不可能な量子通信が現実に近づく