A kvantumvilág gyakran bizarrnak tűnő jelenségeit régóta használják a technikában. Például,
Mi a probléma?
A kvantumszámítógép teljes potenciáljának kihasználásához azonban minden összegabalyodott részecskének együtt kell működnie. A számítások alapvető elemeiről - qubitekről - beszélünk.
A fotonok – a részecskék – ideálisak erre.Sveta. A lényeg az, hogy természetüknél fogva meglehetősen „erősek”, és könnyen manipulálhatók. A garchingi Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ) kutatói most közelebb állnak ahhoz, hogy fotonokat alkalmassá tegyenek gyakorlati munkára, például kvantumszámításra. A tudósok 14 összegabalyodott fotont hoztak létre speciális módon, nagy hatékonysággal.
Milyen volt a kísérlet?
Az új kísérlet sajátossága azA tudósok egyetlen atomot használtak a fotonok kibocsátására, és meghatározott módon "összefonódására". Ennek érdekében a Max Planck Intézet kutatói egy rubídium atomot helyeztek egy optikai rezonátor közepébe – ez egyfajta „visszhangkamra” az elektromágneses hullámok számára.
Kísérleti elrendezés vákuumkamrával egy optikai asztalon. Fotó: MPQ
Lézersugárzás segítségével egy bizonyosfrekvenciák pontosan meghatározták az atom állapotát. Az extra lendületet felhasználva a tudósok szándékosan egy foton kibocsátását is előidézték, ami az atom kvantumállapotához kapcsolódik.
A kísérlet során a tudósok ezt megismételtéktöbbször feldolgozni. Az időközönként az atomot bizonyos módon manipulálták – más szóval „forgatták”. Ily módon a fizikusok 14 fényrészecskéből álló láncot hoztak létre, amelyek az atomok forgása miatt egymásba gabalyodtak és a kívánt állapotba kerültek.
Jelenleg a 14 egymással összefüggő fényrészecske a legtöbb összegabalyodott foton, amely eddig a laboratóriumban keletkezett.
Az új módszer két lehetősége
De nemcsak az összegabalyodott fotonok száma nagyon fontos a nagy teljesítményű kvantumszámítógépek fejlesztése szempontjából – a generálás módja is nagyban különbözik a hagyományos módszerektől.
"A fotonlánc keletkezése ótaEgyetlen atomból determinisztikus módon előállítható” – magyarázzák a tudósok az új tanulmány sajtóközleményében. Ez azt jelenti, hogy elvileg minden impulzus ténylegesen a kívánt tulajdonságokkal „helyére” szállít egy fotont.
Eddig ezeknek a részecskéknek az összefonódása általábanspeciális nemlineáris kristályokban fordult elő. A probléma az, hogy ott a fényrészecskék véletlenszerűen keletkeznek, és nem szabályozhatók. Ennek eredményeként ez korlátozza a kollektív kölcsönhatásban kombinálható részecskék számát.
Optikai rezonátor telepítése vákuumban. A tartó belsejében egyetlen rubídiumatom rekedt a kúpos tükrök között. Fotó: MPQ
Másrészt a módszer ben alakult kiAz új kutatás gyakorlatilag tetszőleges számú összegabalyodott foton előállítását teszi lehetővé. Ráadásul nagyon hatékony. Ez azt jelenti, hogy a jövőben a gyakorlatban is alkalmazható. Így a tudósok megmérték a létrejövő fotonláncot, és bebizonyították annak 50 százalékos hatékonyságát.
Szinte minden második "gombnyomás" egy atomona rubídium használható könnyű részecskét szállított. A korábbi kísérletek során a tudósok ezt nem tudták elérni. A tudósok hangsúlyozzák, hogy az új munka elhárítja a méretezhető mérésen alapuló kvantumszámítás egyik régóta fennálló akadályát.
Mi a következő?
Az MPQ alkalmazottai most egy másik problémát szeretnének megoldania kvantumjövő problémája. Például az összetett számítási műveletekhez legalább két atomra lesz szükség fotonforrásként az üregben. "Már dolgozunk a probléma megoldásán" - magyarázták a tudósok közleményükben.
Max Planck munkatársai is ezt állítottákA technológia nem csak kvantumszámításra használható. Hasznos lesz például a kvantumkommunikációban – információtovábbításban optikai szálon keresztül, lehallgatás elleni védelemmel. Az olyan optikai hatások miatt, mint a szórás és az abszorpció, az optikai szálban lévő fény „elvész” a terjedés során. Ez nagymértékben korlátozza az adatok továbbításának távolságát.
Olvass tovább:
A Föld méretű napfolt 2 nap alatt 10-szeresére nő: ránk irányul
Ez a Föld „ikertestvére” a múltban: nem messze tőlünk találtak egy egyedülálló bolygó-óceánt
Einsteinnek ismét igaza volt: fél évszázad után a fizikusok bebizonyították a fekete lyukak stabilitását