Los fenómenos del mundo cuántico, que a menudo parecen extraños, se utilizan desde hace mucho tiempo en la tecnología. Por ejemplo,
¿Cuál es el problema?
Sin embargo, para usar una computadora cuántica en todo su potencial, todas las partículas entrelazadas deben trabajar juntas. Estamos hablando de los elementos básicos para los cálculos: qubits.
Los fotones (partículas) son ideales para esto.Luz. La cuestión es que son bastante “fuertes” por naturaleza y fáciles de manipular. Ahora, los investigadores del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) en Garching están más cerca de lograr que los fotones sean adecuados para trabajos prácticos, como la computación cuántica. Los científicos han generado 14 fotones entrelazados de forma específica con alta eficiencia.
¿Cómo fue el experimento?
La peculiaridad del nuevo experimento es queLos científicos utilizaron un solo átomo para emitir fotones y "entrelazarlos" de una manera específica. Para ello, investigadores del Instituto Max Planck colocaron un átomo de rubidio en el centro de un resonador óptico, una especie de “cámara de eco” para ondas electromagnéticas.
Configuración experimental con una cámara de vacío en una mesa óptica. Foto: MPQ
Con la ayuda de la radiación láser de un ciertofrecuencias determinaron con precisión el estado del átomo. Usando el impulso adicional, los científicos también provocaron deliberadamente la emisión de un fotón, que está asociado con el estado cuántico del átomo.
Durante el experimento, los científicos repitieron esto.procesar varias veces. En los intervalos, el átomo era manipulado de cierta manera; en otras palabras, “rotado”. De esta manera, los físicos crearon una cadena de 14 partículas de luz, que debido a la rotación de los átomos se entrelazaban entre sí y eran llevadas al estado deseado.
Por el momento, 14 partículas de luz interconectadas es la mayor cantidad de fotones entrelazados que hasta ahora se han generado en el laboratorio.
Dos posibilidades del nuevo método
Pero no solo la cantidad de fotones entrelazados es muy importante para el desarrollo de poderosas computadoras cuánticas, sino que la forma en que se generan también es muy diferente de los métodos convencionales.
"Desde que surgió la cadena de fotonesa partir de un solo átomo, podría producirse de manera determinista”, explican los científicos en un comunicado de prensa del nuevo estudio. Esto significa que, en principio, cada pulso entrega un fotón "en su lugar" con las propiedades deseadas.
Hasta ahora, el entrelazamiento de estas partículas suele serocurrió en cristales no lineales especiales. El problema es que allí las partículas de luz se generan aleatoriamente y no se pueden controlar. Como resultado, esto limita la cantidad de partículas que se pueden combinar en una interacción colectiva.
Instalación de un resonador óptico en vacío. Un solo átomo de rubidio queda atrapado entre espejos cónicos dentro del soporte. Foto: MPQ
Por otra parte, el método desarrollado enUna nueva investigación permite generar prácticamente cualquier número de fotones entrelazados. Además, es muy eficaz. Esto significa que se podrá aplicar en la práctica en el futuro. Así, los científicos midieron la cadena de fotones resultante y demostraron su eficiencia del 50 por ciento.
Casi cada segundo "presionar un botón" en un átomoel rubidio entregó una partícula de luz utilizable. En experimentos anteriores, los científicos no pudieron lograr esto. El nuevo trabajo elimina un obstáculo de larga data para la computación cuántica escalable basada en mediciones, enfatizan los científicos.
Que sigue
Ahora los empleados de MPQ quieren solucionar otro problemaEl problema del futuro cuántico. Por ejemplo, las operaciones computacionales complejas requerirán al menos dos átomos como fuentes de fotones en la cavidad. "Ya estamos trabajando para solucionar este problema", explicaron los científicos en un comunicado.
Los colaboradores de Max Planck también afirmaron queLa tecnología se puede utilizar no sólo para la computación cuántica. Por ejemplo, será útil en comunicaciones cuánticas: transmisión de información a través de fibra óptica con protección contra escuchas ilegales. Debido a efectos ópticos como la dispersión y la absorción, la luz en la fibra óptica se “pierde” durante la propagación. Esto limita en gran medida la distancia a la que se pueden transmitir los datos.
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