فوتونیک کوانتومی

فوتونیک کوانتومی

تعریف: علم و فناوری با استفاده از اپتیک کوانتومی برای برنامه هایی مانند ارتباطات کوانتومی ، محاسبات کوانتومی و اندازه گیری کوانتومی

اصطلاح کلی تر: فوتونیک

فوتونیک کوانتومی علم و فناوری است که از اپتیک کوانتومی برای برنامه های خاص استفاده می کند که در آن جلوه های کوانتومی نقش اساسی را ایفا می کنند:

در ارتباطات کوانتومی ، یکی از آنها به عنوان مثال سوءاستفاده می کند. قضیه غیر کلون برای جلوگیری از استراق سمع غیر قابل کشف با خیال راحت. همچنین مقالات مربوط به رمزنگاری کوانتومی و توزیع کلید کوانتومی را مشاهده کنید.

در محاسبات کوانتومی ، اطلاعات با بیت های کوانتومی ، در کبیت های کوتاه ، به عنوان فرضیات خطی بین دو حالت فوتون یا اتم ، برای مثال رمزگذاری می شود. (در مقابل ، یک بیت کلاسیک همیشه می تواند فقط در یکی از دو حالت باشد نه در یک ابرقابل.) اگر از ترکیبی از qbits N استفاده شود ، می تواند در یک حالت 2N قرار داشته باشد. تکامل منسجم این قبیل در شرایط به خوبی کنترل شده به کلیه حالات کوانتومی درگیر بستگی دارد و از این رو می تواند برای انجام برخی عملیات با سرعت بسیار بالاتر از حد ممکن در رایانه های کلاسیک مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال ، ممکن است انجام عملیات خاصی که به سیستم اجازه می دهد سیستم های رمزنگاری فعلی را که به نظر می رسد کاملاً ایمن در برابر استفاده از فن آوری های معمولی (کلاسیک) باشد ، ممکن کند ، انجام دهد. هر دو تحلیلی آنالوگ و دیجیتال در نظر گرفته شده و توسعه یافته اند. به عنوان مثال ، محاسبات کوانتومی دیجیتالی (شامل اندازه گیری های کوانتومی که ایالات را به حالتهای کوانتومی اساسی ارائه می دهند) و روش های شبیه سازی کوانتومی ، بازپخت کوانتومی و محاسبات کوانتومی ادیاباتیک برای عملیات آنالوگ وجود دارد.

یک زمینه عمومی تر پردازش اطلاعات کوانتومی است که فقط محاسبات کوانتومی را شامل نمی شود بلکه فناوری های مرتبط با آن مانند تصحیح خطای کوانتومی ، رمزنگاری کوانتومی و انتقال کوانتومی را نیز شامل می شود.

در حالی که اپتیک کوانتومی به عنوان پایه اساسی علوم عمل می کند ، فوتونیک کوانتومی کاربرد فناوری آن را نشان می دهد. همچنین می توان آن را اپتیک کوانتومی کاربردی نامید.

به طور کلی ، کاربردهای فوتونیک کوانتومی شامل تولید ، دستکاری و تشخیص نور و ماده با کنترل سطح کوانتومی است که اغلب شامل فوتونهای منفرد است. اغلب ، فعل و انفعالات نور با ماده - به عنوان مثال ، اتمهای منفرد یا یونهای موجود در تله نوری یا یک کوانتوم - نیز نقش اساسی دارند. همچنین ممکن است شخص از درگیری کوانتومی سوءاستفاده کند ، به عنوان مثال بین فوتونهای موجود در جفت فوتون یا بین اتمها یا بین فوتونها و اتمها. در مقایسه با اتم ها و یون ها ، فوتون ها از این مزیت برخوردار هستند که تمایلات بسیار ضعیف تری برای از دست دادن انسجام کوانتومی نشان می دهند زیرا در مقابل تأثیرات خارجی مانند میدان های الکتریکی و مغناطیسی واکنش کمتری نشان می دهند. همچنین ، می توان نسبتاً به راحتی دستکاری کرد. با این حال ، تعامل با ماده اغلب برای مراحل مهم پردازش مورد نیاز است.

در حالی که برخی از زمینه های فوتونیک کوانتومی در حال حاضر به وضعیتی تبدیل شده اند که اولین کاربردهای عملی امکان پذیر شده است - به ویژه ، این امر در مورد برخی از جنبه های ارتباطات کوانتومی مانند رمزنگاری کوانتومی صادق است - زمینه های دیگر مانند محاسبات کوانتومی هنوز تحت بررسی های شدید هستند. جستجوی پیاده سازی های عملی این شامل توسعه دستگاه های مینیاتوری نسبتاً قوی برای عملکردهایی مانند منابع تک فوتون ، دروازه های کوانتومی و خاطرات کوانتومی است. این توسعه می تواند به فناوری شبیه به مدارهای مجتمع فوتونیک فوتونیک منجر شود ، که می تواند عملکردهای کم و بیش پیچیده ای را با حجم نسبتاً کم انجام دهد و تولید خوبی از خود نشان دهد. با این حال ، موانع جدی فن آوری باید بر طرف شود. به عنوان مثال ، بخشهای اساسی فناوری محاسبات کوانتومی که تاکنون توسعه یافته اند ، برای تعداد بیشتری از کیبیت قابل مقیاس نیستند. اجتناب از انواع مختلفی از فرآیندهای ایجاد گسیختگی کوانتومی ، بسیار سخت می شود. بنابراین ، تحقیقات و توسعه بیشتر نه تنها باید انواع مختلفی از کامپوننت های فوتونیک کوانتومی را بهینه تر کند بلکه مفاهیم و اصول بهبود یافته را نیز به کار می گیرد.