Τα φαινόμενα του κβαντικού κόσμου, που συχνά φαίνονται παράξενα, έχουν χρησιμοποιηθεί από καιρό στην τεχνολογία. Για παράδειγμα,
Ποιο είναι το πρόβλημα?
Ωστόσο, για να χρησιμοποιηθεί ένας κβαντικός υπολογιστής στο μέγιστο των δυνατοτήτων του, όλα τα μπερδεμένα σωματίδια πρέπει να συνεργαστούν. Μιλάμε για τα βασικά στοιχεία για τους υπολογισμούς - qubits.
Τα φωτόνια —σωματίδια— είναι ιδανικά για αυτό.Σβέτα. Το θέμα είναι ότι είναι αρκετά «δυνατά» από τη φύση τους και είναι εύκολο να χειριστούν. Τώρα, οι ερευνητές στο Ινστιτούτο Κβαντικής Οπτικής Max Planck (MPQ) στο Garching είναι πιο κοντά στο να κάνουν φωτόνια κατάλληλα για πρακτική εργασία, όπως οι κβαντικοί υπολογιστές. Οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει 14 μπερδεμένα φωτόνια με συγκεκριμένο τρόπο με υψηλή απόδοση.
Πώς ήταν το πείραμα;
Η ιδιαιτερότητα του νέου πειράματος είναι ότιΟι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ένα μόνο άτομο για να εκπέμψουν φωτόνια και να τα «διαπλεύσουν» με συγκεκριμένο τρόπο. Για να γίνει αυτό, οι ερευνητές στο Ινστιτούτο Max Planck τοποθέτησαν ένα άτομο ρουβιδίου στο κέντρο ενός οπτικού συντονιστή - ένα είδος «θάλαμου ηχούς» για ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Πειραματική εγκατάσταση με θάλαμο κενού σε οπτικό τραπέζι. Φωτογραφία: MPQ
Με τη βοήθεια ακτινοβολίας λέιζερ ορισμένουσυχνότητες προσδιόρισαν με ακρίβεια την κατάσταση του ατόμου. Χρησιμοποιώντας την επιπλέον ορμή, οι επιστήμονες προκάλεσαν επίσης σκόπιμα την εκπομπή ενός φωτονίου, το οποίο σχετίζεται με την κβαντική κατάσταση του ατόμου.
Κατά τη διάρκεια του πειράματος, οι επιστήμονες το επανέλαβανδιαδικασία αρκετές φορές. Στα διαστήματα, το άτομο χειραγωγήθηκε με έναν συγκεκριμένο τρόπο — με άλλα λόγια, «περιστρεφόταν». Με αυτόν τον τρόπο, οι φυσικοί δημιούργησαν μια αλυσίδα από 14 σωματίδια φωτός, τα οποία μπλέχτηκαν μεταξύ τους λόγω της περιστροφής των ατόμων και φέρθηκαν στην επιθυμητή κατάσταση.
Αυτή τη στιγμή, 14 διασυνδεδεμένα σωματίδια φωτός είναι ο μεγαλύτερος αριθμός εμπλεκόμενων φωτονίων που έχουν δημιουργηθεί μέχρι στιγμής στο εργαστήριο.
Δύο δυνατότητες της νέας μεθόδου
Αλλά όχι μόνο ο αριθμός των μπερδεμένων φωτονίων είναι πολύ σημαντικός για την ανάπτυξη ισχυρών κβαντικών υπολογιστών - ο τρόπος παραγωγής τους είναι επίσης πολύ διαφορετικός από τις συμβατικές μεθόδους.
«Από τότε που προέκυψε η αλυσίδα των φωτονίωναπό ένα μόνο άτομο, θα μπορούσε να παραχθεί με ντετερμινιστικό τρόπο», εξηγούν οι επιστήμονες σε δελτίο τύπου για τη νέα μελέτη. Αυτό σημαίνει ότι, κατ' αρχήν, κάθε παλμός παρέχει στην πραγματικότητα ένα φωτόνιο «στη θέση του» με τις επιθυμητές ιδιότητες.
Μέχρι τώρα, η εμπλοκή αυτών των σωματιδίων είναι συνήθωςεμφανίστηκε σε ειδικούς μη γραμμικούς κρυστάλλους. Το πρόβλημα είναι ότι εκεί τα σωματίδια φωτός παράγονται τυχαία και δεν μπορούν να ελεγχθούν. Ως αποτέλεσμα, αυτό περιορίζει τον αριθμό των σωματιδίων που μπορούν να συνδυαστούν σε μια συλλογική αλληλεπίδραση.
Εγκατάσταση οπτικού αντηχείου σε κενό. Ένα μόνο άτομο ρουβιδίου παγιδεύεται ανάμεσα σε κωνικά κάτοπτρα μέσα στη θήκη. Φωτογραφία: MPQ
Από την άλλη πλευρά, η μέθοδος που αναπτύχθηκε σενέα έρευνα, καθιστά δυνατή τη δημιουργία σχεδόν οποιουδήποτε αριθμού εμπλεκόμενων φωτονίων. Επιπλέον, είναι πολύ αποτελεσματικό. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να εφαρμοστεί στην πράξη στο μέλλον. Έτσι, οι επιστήμονες μέτρησαν την προκύπτουσα αλυσίδα φωτονίων και απέδειξαν την αποτελεσματικότητά της κατά 50%.
Σχεδόν κάθε δευτερόλεπτο "πάτημα κουμπιού" σε ένα άτομοτο ρουβίδιο απέδωσε ένα χρησιμοποιήσιμο σωματίδιο φωτός. Σε προηγούμενα πειράματα, οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να το πετύχουν. Η νέα εργασία αφαιρεί ένα μακροχρόνιο εμπόδιο στον κλιμακούμενο κβαντικό υπολογισμό που βασίζεται σε μετρήσεις, τονίζουν οι επιστήμονες.
Τι άλλο;
Τώρα οι υπάλληλοι της MPQ θέλουν να λύσουν ένα άλλο πρόβληματο πρόβλημα του κβαντικού μέλλοντος. Για παράδειγμα, πολύπλοκες υπολογιστικές λειτουργίες θα απαιτούν τουλάχιστον δύο άτομα ως πηγές φωτονίων στην κοιλότητα. «Εργαζόμαστε ήδη για την επίλυση αυτού του προβλήματος», εξήγησαν οι επιστήμονες σε μια δήλωση.
Το δήλωσαν και οι συνεργάτες του Μαξ ΠλανκΗ τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για κβαντικούς υπολογιστές. Για παράδειγμα, θα είναι χρήσιμο στις κβαντικές επικοινωνίες—μετάδοση πληροφοριών μέσω οπτικής ίνας με προστασία από την υποκλοπή. Λόγω των οπτικών επιδράσεων όπως η σκέδαση και η απορρόφηση, το φως στην οπτική ίνα «χάνεται» κατά τη διάδοση. Αυτό περιορίζει σε μεγάλο βαθμό την απόσταση στην οποία μπορούν να μεταδοθούν δεδομένα.
Διαβάστε περισσότερα:
Η ηλιακή κηλίδα στο μέγεθος της γης μεγαλώνει 10 φορές σε 2 ημέρες: κατευθύνεται σε εμάς
Αυτό είναι το «δίδυμο» της Γης στο παρελθόν: ένας μοναδικός πλανήτης-ωκεανός βρέθηκε όχι μακριά μας
Ο Αϊνστάιν είχε και πάλι δίκιο: μετά από μισό αιώνα, οι φυσικοί απέδειξαν τη σταθερότητα των μαύρων τρυπών