Fenomény kvantového světa, které se často zdají bizarní, se v technice používají již dlouho. Například,
Co je za problém?
Abychom však mohli kvantový počítač využít naplno, musí všechny zapletené částice spolupracovat. Hovoříme o základních prvcích pro výpočty – qubitech.
Fotony – částice – jsou k tomu ideální.Sveta. Jde o to, že jsou od přírody dost „silné“ a snadno se s nimi manipuluje. Nyní jsou výzkumníci z Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ) v Garchingu blíže k tomu, aby byly fotony vhodné pro praktickou práci, jako je kvantové počítání. Vědci vytvořili 14 provázaných fotonů specifickým způsobem s vysokou účinností.
Jaký byl experiment?
Zvláštností nového experimentu je toVědci použili jeden atom k vyzařování fotonů a jejich „proplétání“ specifickým způsobem. Za tímto účelem vědci z Institutu Maxe Plancka umístili atom rubidia do středu optického rezonátoru – jakési „echo komory“ pro elektromagnetické vlny.
Experimentální uspořádání s vakuovou komorou na optickém stole. Foto: MPQ
S pomocí laserového záření určitéhofrekvence přesně určovaly stav atomu. Pomocí extra hybnosti vědci také záměrně způsobili emisi fotonu, který je spojen s kvantovým stavem atomu.
Během experimentu to vědci zopakovalizpracovat několikrát. V intervalech byl atom určitým způsobem manipulován – jinými slovy „rotován“. Fyzici tak vytvořili řetězec 14 částic světla, které se rotací atomů do sebe zapletly a byly uvedeny do požadovaného stavu.
V tuto chvíli je 14 vzájemně propojených částic světla největším počtem provázaných fotonů, které byly dosud v laboratoři vytvořeny.
Dvě možnosti nové metody
Pro vývoj výkonných kvantových počítačů je ale velmi důležitý nejen počet provázaných fotonů – způsob jejich generování se také velmi liší od konvenčních metod.
„Od té doby, co vznikl řetězec fotonůz jednoho atomu by se dal vyrobit deterministickým způsobem,“ vysvětlují vědci v tiskové zprávě k nové studii. To znamená, že v zásadě každý impuls skutečně dodá foton „na místo“ s požadovanými vlastnostmi.
Až dosud je zapletení těchto částic obvyklese vyskytovaly ve speciálních nelineárních krystalech. Problém je v tom, že částice světla jsou generovány náhodně a nelze je ovládat. Ve výsledku to omezuje počet částic, které lze kombinovat v kolektivní interakci.
Instalace optického rezonátoru ve vakuu. Jeden atom rubidia je zachycen mezi kuželovými zrcadly uvnitř držáku. Foto: MPQ
Na druhou stranu se metoda vyvinula v rnový výzkum, umožňuje generovat prakticky libovolný počet provázaných fotonů. Navíc je velmi účinný. To znamená, že jej lze v budoucnu uplatnit v praxi. Vědci tak změřili výsledný řetězec fotonů a prokázali jeho 50procentní účinnost.
Téměř každý druhý "stisk tlačítka" na atomurubidium dodalo použitelnou světelnou částici. V předchozích experimentech toho vědci nemohli dosáhnout. Nová práce odstraňuje dlouhodobou překážku pro škálovatelné kvantové výpočty založené na měření, zdůrazňují vědci.
Co bude dál?
Nyní chtějí zaměstnanci MPQ řešit další problémproblém kvantové budoucnosti. Například složité výpočetní operace budou vyžadovat alespoň dva atomy jako zdroje fotonů v dutině. "Na řešení tohoto problému již pracujeme," vysvětlili vědci v prohlášení.
Uvedli to i spolupracovníci Maxe PlanckaTechnologii lze využít nejen pro kvantové výpočty. Například bude užitečný v kvantové komunikaci – přenos informací přes optické vlákno s ochranou proti odposlechu. V důsledku optických efektů, jako je rozptyl a absorpce, se světlo v optickém vláknu „ztrácí“ během šíření. To značně omezuje vzdálenost, na kterou lze data přenášet.
Přečtěte si více:
Sluneční skvrna velikosti Země naroste 10krát za 2 dny: je namířena na nás
Toto je „dvojče“ Země v minulosti: nedaleko od nás byla nalezena unikátní planeta-oceán
Einstein měl opět pravdu: po půl století fyzici prokázali stabilitu černých děr