وكان البروفيسور المشارك مارك سادجروف والسيد كايتو شيميزو من TUS والبروفيسور كاي نيموتو من معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا في جامعة الدراسات العليا أيضًا جزءًا من هذه الدراسة. يلغي مصدر الضوء أحادي الفوتون الذي تم تطويره حديثًا الحاجة إلى أنظمة تبريد باهظة الثمن ولديه القدرة على جعل الشبكات الكمومية أكثر فعالية من حيث التكلفة ويمكن الوصول إليها.

تقوم بواعث الفوتون الواحد بتوصيل البتات الكمومية (أو الكيوبتات) ميكانيكيًا بين العقد في الشبكات الكمومية. يتم تصنيعها عادةً عن طريق دمج العناصر الأرضية النادرة في الألياف الضوئية عند درجات حرارة منخفضة للغاية. الآن، قام باحثون من اليابان، بقيادة البروفيسور المساعد كاورو ساناكا من جامعة طوكيو للعلوم، بتطوير ألياف بصرية مشبعة بالإيتربيوم في درجة حرارة الغرفة. ومن خلال تجنب الحاجة إلى حلول تبريد باهظة الثمن، توفر الطريقة المقترحة منصة فعالة من حيث التكلفة لتطبيقات الكم الضوئية.

تعد الأنظمة القائمة على الكم بحوسبة أسرع وتشفير أقوى لأنظمة الحساب والاتصالات. يمكن بناء هذه الأنظمة على شبكات الألياف التي تتضمن العقد المترابطة التي تتكون من الكيوبتات ومولدات الفوتون الواحد التي تنشئ أزواج فوتون متشابكة.

وفي هذا الصدد، تعد ذرات وأيونات الأرض النادرة (RE) الموجودة في المواد الصلبة واعدة للغاية كمولدات أحادية الفوتون. تتوافق هذه المواد مع شبكات الألياف، وتصدر فوتونات عبر نطاق واسع من الأطوال الموجية. ونظرًا لنطاقها الطيفي الواسع، يمكن استخدام الألياف الضوئية المشبعة بعناصر الطاقة المتجددة هذه في تطبيقات مختلفة، مثل الاتصالات في الفضاء الحر، والاتصالات القائمة على الألياف، وتوليد الأرقام العشوائية الكمومية، وتحليل الصور عالية الدقة. ومع ذلك، حتى الآن، تم تطوير مصادر الضوء أحادية الفوتون باستخدام مواد بلورية متجددة في درجات حرارة مبردة، مما يحد من التطبيقات العملية للشبكات الكمومية المعتمدة عليها.

لتصنيع الألياف الضوئية المُطعمة بالإيتربيوم، قام الباحثون بتقليص الألياف المُطعمة بالإيتربيوم والمتوفرة تجاريًا باستخدام تقنية الحرارة والسحب، حيث يتم تسخين جزء من الألياف ثم سحبه بالشد لتقليل قطره تدريجيًا.

داخل الألياف المدببة، تُصدر ذرات الطاقة المتجددة الفردية فوتونات عند إثارتها بالليزر. ويلعب الفصل بين ذرات الطاقة المتجددة هذه دورًا حاسمًا في تحديد الخصائص البصرية للألياف. على سبيل المثال، إذا تجاوز متوسط ​​الفصل بين ذرات الطاقة المتجددة الفردية حد الحيود البصري، والذي يتم تحديده بواسطة الطول الموجي للفوتونات المنبعثة، فإن الضوء المنبعث من هذه الذرات يظهر كما لو أنه قادم من مجموعات وليس من مصادر فردية متميزة.

ولتأكيد طبيعة هذه الفوتونات المنبعثة، استخدم الباحثون طريقة تحليلية تُعرف باسم الارتباط الذاتي، والتي تقيم التشابه بين الإشارة ونسختها المتأخرة. من خلال تحليل نمط الفوتون المنبعث باستخدام الارتباط الذاتي، لاحظ الباحثون انبعاثات غير رنانة وحصلوا أيضًا على دليل على انبعاث الفوتون من أيون الإيتربيوم المفرد في المرشح المخدر.

في حين يمكن تحسين جودة وكمية الفوتونات المنبعثة بشكل أكبر، يمكن تصنيع الألياف الضوئية المطورة التي تحتوي على ذرات الإيتربيوم دون الحاجة إلى أنظمة تبريد باهظة الثمن. وهذا يتغلب على عقبة كبيرة ويفتح الأبواب أمام العديد من تقنيات المعلومات الكمومية من الجيل التالي. "لقد أظهرنا مصدر ضوء أحادي الفوتون منخفض التكلفة مع طول موجي قابل للتحديد ودون الحاجة إلى نظام تبريد. ومن الآن فصاعدا، يمكنها تمكين العديد من تقنيات المعلومات الكمومية من الجيل التالي مثل مولدات الأرقام العشوائية الحقيقية، والاتصالات الكمومية، والعمليات المنطقية الكمومية، وتحليل الصور عالية الدقة بما يتجاوز حد الحيود.