Fenomeni kvantnog svijeta, koji se često čine bizarnima, odavno se koriste u tehnologiji. Na primjer,
U čemu je problem?
Međutim, da bi kvantno računalo iskoristilo svoj puni potencijal, sve zapletene čestice moraju raditi zajedno. Riječ je o osnovnim elementima za izračune – kubitima.
Fotoni—čestice—idealni su za to.Sveta. Poanta je u tome što su oni po prirodi prilično "jaki" i lako ih je manipulirati. Sada su istraživači s Max Planck Instituta za kvantnu optiku (MPQ) u Garchingu bliže izradi fotona prikladnih za praktični rad, kao što je kvantno računalstvo. Znanstvenici su generirali 14 zapletenih fotona na specifičan način uz visoku učinkovitost.
Kako je prošao eksperiment?
Osobitost novog eksperimenta je u tomeZnanstvenici su pomoću jednog atoma emitirali fotone i "isprepleli" ih na specifičan način. Kako bi to učinili, istraživači s Instituta Max Planck postavili su atom rubidija u središte optičkog rezonatora — svojevrsne "eho komore" za elektromagnetske valove.
Eksperimentalni postav s vakuumskom komorom na optičkom stolu. Fotografija: MPQ
Uz pomoć laserskog zračenja određenogfrekvencije točno su odredili stanje atoma. Koristeći dodatni zamah, znanstvenici su također namjerno izazvali emisiju fotona, koji je povezan s kvantnim stanjem atoma.
Tijekom eksperimenta znanstvenici su to ponoviliobraditi nekoliko puta. U intervalima se atomom manipuliralo na određeni način - drugim riječima, "rotirao". Na taj su način fizičari stvorili lanac od 14 čestica svjetlosti koje su se rotacijom atoma međusobno zaplele i dovele u željeno stanje.
U ovom trenutku, 14 međusobno povezanih čestica svjetlosti je najveći broj zapletenih fotona koji je dosad generiran u laboratoriju.
Dvije mogućnosti nove metode
Ali nije samo broj zapletenih fotona vrlo važan za razvoj snažnih kvantnih računala – način na koji se oni generiraju također se jako razlikuje od konvencionalnih metoda.
„Otkako je nastao lanac fotonaiz jednog atoma, mogao bi se proizvesti na deterministički način,” objašnjavaju znanstvenici u priopćenju za tisak za novu studiju. To znači da, u načelu, svaki impuls zapravo isporučuje foton "na mjestu" sa željenim svojstvima.
Do sada je isprepletanje ovih čestica običnodogodio u posebnim nelinearnim kristalima. Problem je u tome što se tamo čestice svjetlosti generiraju nasumično i ne mogu se kontrolirati. Kao rezultat toga, ovo ograničava broj čestica koje se mogu kombinirati u kolektivnoj interakciji.
Instalacija optičkog rezonatora u vakuumu. Jedan atom rubidija zarobljen je između stožastih zrcala unutar držača. Fotografija: MPQ
S druge strane, metoda razvijena unovo istraživanje, omogućuje generiranje gotovo bilo kojeg broja zapletenih fotona. Štoviše, vrlo je učinkovit. To znači da se u budućnosti može primijeniti u praksi. Tako su znanstvenici izmjerili dobiveni lanac fotona i dokazali njegovu 50-postotnu učinkovitost.
Gotovo svaki drugi "pritisak gumba" na atomurubidij je isporučio upotrebljivu laganu česticu. U prethodnim eksperimentima znanstvenici to nisu mogli postići. Novi rad uklanja dugogodišnju prepreku skalabilnom kvantnom računalstvu temeljenom na mjerenju, naglašavaju znanstvenici.
Što je sljedeće?
Sada zaposlenici MPQ-a žele riješiti još jedan problemproblem kvantne budućnosti. Na primjer, složene računalne operacije zahtijevat će najmanje dva atoma kao izvora fotona u šupljini. "Već radimo na rješavanju ovog problema", objasnili su znanstvenici u izjavi.
To su izjavili i suradnici Maxa PlanckaTehnologija se ne može koristiti samo za kvantno računalstvo. Na primjer, bit će koristan u kvantnim komunikacijama — prijenos informacija preko optičkih vlakana uz zaštitu od prisluškivanja. Zbog optičkih učinaka kao što su raspršenje i apsorpcija, svjetlost u optičkom vlaknu se "gubi" tijekom širenja. Ovo uvelike ograničava udaljenost preko koje se podaci mogu prenositi.
Čitaj više:
Sunčeva pjega veličine Zemlje naraste 10 puta u 2 dana: usmjerena je prema nama
Ovo je "blizanac" Zemlje u prošlosti: nedaleko od nas pronađen je jedinstveni planet-ocean
Einstein je opet bio u pravu: nakon pola stoljeća fizičari su dokazali stabilnost crnih rupa