Информация в классических компьютерах кодируется последовательностью 1 и 0, что реализуется при помощи достаточно простых электронных методов. Также такая кодировка информации достаточно проста для создания устройств-повторителей, которые усиливают сигналы и позволяют ретранслировать информацию на большие расстояния. Квантовая же информация передается при помощи более сложных явлений, таких, как поляризация фотонов света или спин электрона, и для обеспечения передачи квантовой информации на большие расстояния требуются, соответственно, более сложные методы.
В качестве устройств, которые способны хранить и передавать квантовую информацию и которые могут стать основой будущих квантовых ретрансляторов, уже достаточно давно рассматриваются так называемые квантовые точки, микроскопические устройства из полупроводниковых материалов. Но практическое использование квантовых точек в этих целях еще далеко от области практического применения из-за крайне низкой эффективности преобразования квантовой информации, заключенной в фотонах, в информацию, заключенную в электронах. Но недавно, группе исследователей из университета Осаки удалось увеличить упомянутую чуть выше эффективность при помощи металлической наноструктуры, своего рода наноантенны, что в теории может существенно облегчить создание квантовых коммуникационных систем и систем распределенной обработки квантовой информации.
"Эффективность преобразования единичных фотонов в единичные электроны в квантовых точках из арсенида галлия, широко используемого полупроводникового материала, в настоящее время очень и очень низка" - пишут исследователи, - "Для преодоления этого ограничения мы разработали наноантенну, состоящую из череды крошечных концентрических золотых колец, своего рода плоскую нанолинзу Френелли, которая позволяет фокусировать свет на единственной квантовой точке. Это, в свою очередь, позволяет получить электрический сигнал, который поддается считыванию, усилению и дальнейшей обработке".
За счет использования наноантенны исследователи добились девятикратного увеличения процесса поглощения фотонов квантовой точкой. Появление избыточных электронов уже дало минимально допустимое напряжение, некоторые параметры которого были отражением квантовой информации, заключенной в фотонах.
"Теоретические расчеты показывают, что используя такой подход, мы сможем получить 25-кратное увеличение эффективности поглощения фотонов" - пишут исследователи, - "Для этого нам потребуется более точное выравнивание источника света и более точное изготовление крошечных элементов наноантенны".
После проведения модернизации технологии наноантенн, в нашем распоряжении появится нанофотонное устройство, которое может стать основой будущих квантовых коммуникационных сетей и вычислительных устройств. И, вполне вероятно, что технологии, построенные на подобных принципах, позволят нам в будущем с легкостью манипулировать такими абстрактными физическими понятиями, как квантовая запутанность и состояние квантовой суперпозиции.