Cientistas alemães criaram uma nova maneira de gerar fótons únicos infravermelhos com base em silício. A fonte gera até 100 mil fótons por segundo. A abordagem poderia combinar criptografia quântica com tecnologias populares de semicondutores.
A distribuição de chaves Quantum é usada para garantir a segurança dos dados. A essência do método é gerar uma chave de criptografia secreta compartilhada para dois usuários remotos usando apenas um canal de comunicação aberto. O método é baseado nas leis da mecânica quântica. O terceiro que está tentando descriptografar a chave sempre pode ser encontrado. O processo real de medir um estado quântico leva a anomalias - indeterminismo quântico. Nesse caso, a chave é gerada com sucesso apenas se as anomalias não excederem o limite especificado.
Os protocolos de transmissão da criptografia quântica são baseados na transmissão de fótons únicos. Os fótons são quanta de luz na forma de ondas eletromagnéticas transversais. O sistema de fóton único garante a segurança do método. Se houver vários fótons, eles podem ser interceptados e a chave pode ser encontrada da mesma forma que os usuários permitidos. Mas existem recursosem fontes de fótons individuais. Apesar do progresso feito, pulsos de laser fracos são usados em sua criação. E outro problema fundamental é o ruído. A fibra óptica aquece de forma diferente devido à transmissão de fótons individuais e, portanto, pode ser dobrada. Por causa dessas limitações, agora existem limites para a largura de banda das comunicações quânticas. Um cabo padrão transmite 1,26 megabits por segundo em uma distância de 50 km. E 1,16 bits por hora para uma distância de 404 km em um cabo especial com perda de dados ultrabaixa.
Physics da Technical University of Dresden, liderada por Michael Hollenbach e cientistas do Helmholtz Center Dresden-Rossendorf, criaram um sistema de fonte de fóton único baseado em wafers de silício SOI. Os chips de silício estão no coração de todos os dispositivos modernos, incluindo processadores e microcontroladores. Como regra, os microcircuitos são feitos de silício monocristalino.
Usando um acelerador, os cientistas alemães colocaram átomos de carbono no silício. Dois átomos C vizinhos, junto com o átomo de silício Si, formaram uma molécula separada chamada centro G. O centro G emite fótons sob um laser de 1,3 mícron focalizado. Os fótons desse tipo se propagam sem obstáculos ao longo da fibra óptica.
Um gerador de protótipo, criado por físicos alemães, pode criar cerca de 100 mil fótons únicos. Todos os testes científicos foram realizados em uma placa SOI instalada em um criostato de circuito fechado Attocube 800 que forneceu uma temperatura de linha de base de 4,6K.
Os autores do estudo relatam que foram os primeiros a demonstrar a viabilidade de colocar emissores de fóton único em placas industriais SOI. Eles também apresentaram o conceito de implementação de uma plataforma fotônica compatível com as modernas tecnologias de silício.
A descoberta ajudará a integrar processadores quânticos e repetidores em sistemas existentes que usam componentes de silício.
Os resultados da pesquisa são publicados na revista Optis Express .
