پژوهشگران دانشگاه استنفورد نوع جدیدی از کاواک های نوری را ساخته ­اند که می­ تواند انتقال داده امن و سریعتر را از طریق رمز گذاری کوانتومی انجام دهد. این پژوهش که در ماه ژانویه در مجلهOptical Materials Express  چاپ شد، نشان دهنده یک گام به سمت منابع تک فوتونی درخشانتر است و می­ تواند به تکنیک ­های رمزگذاری بر پایه کوانتوم کمک کرده و سبب بکار گیری رمزگذاری کوانتومی در افزاره ها شود.
در تکنیک ­های رمزگذاری کوانتومی از تک فوتون­ برای رمزگذاری داده ­ها استفاده می ­شود. با این حال محدودیت این روش، توانایی گسیل فوتون­ در نرخ بالا است. آقای یوسیف کلایتا پژوهشگر دانشگاه استنفورد می­ گوید: “یکی از مهمترین پارامترها در منابع تک فوتونی، درخشندگی (یا فوتون­ های جمع شده در واحد زمان) است زیرا هر چه درخشندگی بیشتر باشد، شما می­ توانید داده­ های بیشتری را به صورت ایمن با رمزگذاری کوانتومی انتقال دهید.”
در مقاله منتشر شده در مجلهOptical Materials Express ، آقای کلایتا و همکارانش نشان دادند که نانو کاواک های توسعه یافته جدید با طول ۲۰۰ نانومتر و سطح مقطع ۱۰۰ نانومتر بطور قابل توجهی درخشندگی انتشار یافته نقطه ­های کوانتومی (ذرات نیمه هادی در مقیاس نانومتر که می ­توانند تک فوتون­ گسیل کنند) را افزایش می­ دهند و موجب انتقال ایمن و سریعتر داده­ ها در سیستم ­هایی می شوند که ساختار کاواکی دارند.
نانو کاواک ایجاد شده با استفاده از نقره با بازتابندگی بالا که برای پوشش اطراف یک ستون نیمه هادی در ابعاد نانو بر روی یک زیرلایه استفاده می ‏شود، اجازه می ­دهد نور داخل نانو ستون حرکت کند و آن را به یک کاواک نوری بسیار کوچک تبدیل کند. پژوهشگران می ­گویند همین طراحی می ­تواند برای ساخت نانو کاواک ­ها از سایر موادی که برای گسیل تک فوتونی مناسب هستند، استفاده شود.
این سیستم برای افزایش بازده گسیل از یک نقطه کوانتومی، از برهمکنش نور/ماده در مقیاس نانومتر استفاده می­ کند که به نام اثر پارسل[۱] شناخته شده است. سیستم­ هایی که افزایش اثر پارسل را نشان می ­دهند، فوتون ­های بیشتری را در مدت زمان معین منتشر خواهند کرد که سبب می­شود سیستم­ های رمزگذاری سریعتر از سیستم­ های کنونی عمل کنند.
آقای کلایتا می­گوید: “ما نوع جدیدی از کاواک با حجمی چند برابر کوچکتر از حالت فعلی در سیستم ­های حالت جامد ارائه دادیم. این سیستم افزایش پارسل و بازده جمع آوری نور را در همان مدت زمان به دنبال دارد که سبب افزایش کلی درخشندگی منبع تک فوتونی می ­شود.” پژوهشگران دریافتند که نقاط کوانتومی قرار گرفته درون نانو کاواک های جدید، فوتون­ های بیشتری را بر واحد زمان نسبت به نقاط کوانتومی بیرون چنین کاواک­ هایی منتشر می ­کنند.
در حال حاضر پژوهشگران روی نانو کاواک ­های با ویژگی ­های بهتر در حال کار هستند. برای مثال، آنها به دنبال ایجاد نانو کاواک­ هایی در الماس هستند که به منابع تک فوتونی اجازه می دهند تا در دمای اتاق عمل کنند؛ این امر نیازی کلیدی برای استفاده در رمز گذاری کوانتومی در افزاره ها است.
آقای کلایتا می­گوید: “پروژه جدید شایستگی ارزیابی حجم­ های بسیار کوچک را به ما نشان داد. هم اکنون ما در حال تلاش برای استفاده از دانش همراه با تجربه در بکارگیری کامپیوترها برای طراحی نوع جدیدی از کاواک با ابعاد و اشکال حتی بهتری هستیم تا سبب پیشرفت این موضوع شود.”