HRI-US logran un avance en materiales cuánticos con potencial para mejorar la seguridad de la comunicación

Honda Research Institute USA logran un avance en materiales cuánticos con potencial para mejorar la seguridad de la comunicación

Los científicos del Honda Research Institute USA, Inc. (HRI-US) han hecho un avance significativo en los campos de materiales cuánticos y comunicaciones cuánticas mediante el desarrollo de un método novedoso para cultivar "nanoribbones" atómicamente delgados: un átomo de espesor y decenas de átomos de todo Materiales en forma de cinta: permitiendo una comunicación segura inquebrantable de información confidencial.

Detallada en la revista Nature Communications , esta tecnología innovadora permite un control preciso sobre el grosor y el ancho de la transición de los nanoribones de dicalcogenuros de metal (NR), y sus propiedades electrónicas, que son esenciales para su aplicación en optoelectrónica cuántica avanzada.

"Nuestra tecnología proporciona una nueva vía para la síntesis de nanoribones cuánticos con un control de ancho preciso, aprovechando sus propiedades mecánicas y electrónicas únicas como una sola fuente de luz de fotón para realizar una comunicación segura conocida como 'comunicación cuántica'", dijo el Dr. Avetik Harutyunyan, Senior Científico jefe, Honda Research Institute USA Inc. y el líder de la investigación cuántica.

HRI-US logran un avance en materiales cuánticos con potencial para mejorar la seguridad de la comunicación

Las comunicaciones seguras basadas en el método de distribución de clave cuántica (QKD) aprovechan los principios de la mecánica cuántica para proteger la información. El método QKD se basa en la distribución segura de las claves de cifrado entre dos partes, lo que les permite generar una clave secreta compartida que puede usarse para cifrar y descifrar información confidencial. Cualquier intento de interceptar las comunicaciones encriptadas se detectará inmediatamente, ya que interferirá físicamente con la transmisión de la información.

Los investigadores de HRI y los colaboradores universitarios pudieron codificar la información sobre un flujo de fotones individuales: "átomos" de partículas de luz o elementales de la luz, emitidos por el nuevo material de nanoribón, similar al uso de código binario de "0" y " 1 "Usado en informática. La secuencia de fotones se puede usar para crear y distribuir la información entre un transmisor y receptor de comunicación. En este esquema, el transmisor envía una serie de fotones individuales en uno de los dos posibles estados cuánticos, y el receptor realiza una medición que diferencia entre estos estados. Después de comparar los estados cuánticos transmitidos y medidos de los fotones, el remitente y el receptor pueden establecer una clave segura que puede usarse para el cifrado de su comunicación. Cualquier intento de espiar la comunicación inevitablemente interferirá con los estados cuánticos, introduciendo errores que el remitente y el receptor pueden detectar inmediatamente.

Regular la corriente de fotones individuales es esencial para este proceso. Las fuentes de fotones basadas en láser actualmente en uso producen fotones que son demasiado densos (p. Ej. para codificar la información.

“Al crear un solo NR de capa atómica a partir de materiales como el disulfuro de molibdeno (MOS2) y el deselenuro de tungsteno (WSE2) utilizando nanopartículas aleatorias de metal de transición como catalizador que inicia el crecimiento de nanoribbones, pudimos controlar el ancho del NRS NRS Durante el proceso de crecimiento hasta 7 nanómetros ”, dijo el Dr. Xufan Li científico principal en HRI-US.

El material NR 1-dimensional resultante se transfirió sobre la punta aguda de una sonda en forma de cono mediante un proceso de transferencia desarrollado por el Dr. Shuang Wu, científico senior de HRI-US, que crea una estructura electrónica única inducida por la tensión que se localiza en la punta del cono. Bajo la excitación del haz láser, la estructura electrónica de ingeniería de tensión en la punta de la sonda causó la emisión de una corriente de fotones individuales.

"Nuestros nuevos nanoribones exhiben propiedades electrónicas notables dependientes de ancho e inducidas por cepas y características de emisión cuántica, que incluyen hasta un 90% de pureza de fotones individuales en la corriente", dijo Harutyunyan. "En investigaciones posteriores con colaboradores, pudimos mejorar aún más la pureza de los fotones superiores al 95%, lo que hace que el material sea muy prometedor para futuras aplicaciones en comunicación cuántica y dispositivos optoelectrónicos cuánticos".

HRI colaboró ​​con el profesor Nicholas Borys de la Universidad Estatal de Montana y el profesor James Schuck Columbia University para validar la viabilidad de los nuevos materiales como una sola fuente de emisor de fotones para la comunicación cuántica. La investigación se completó con contribuciones de múltiples investigadores y organizaciones:

• Samuel Wyss, Joseph Stage y Dr. Matthew Strasbourg de la Universidad Estatal de Montana
• Profesor James Hone y Dr. Emanuil Yanev de la Universidad de Columbia
• Profesor Ju Li y Dr. Qing-Jie Li del Instituto de Tecnología de Massachusetts
• Dr. Yang Yang, Yongwen Sun y Yingxin Zhu de la Universidad Estatal de Pensilvania
• Dr. Raymond R. Unocic de la Universidad Estatal de Carolina del Norte

 

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