I fenomeni del mondo quantistico, che spesso sembrano bizzarri, sono stati utilizzati da tempo nella tecnologia. Per esempio,
Qual è il problema?
Tuttavia, per utilizzare un computer quantistico al massimo delle sue potenzialità, tutte le particelle entangled devono lavorare insieme. Stiamo parlando degli elementi di base per i calcoli: i qubit.
I fotoni – le particelle – sono ideali per questo.Sveta. Il punto è che sono piuttosto “forti” per natura e facili da manipolare. Ora, i ricercatori dell’Istituto Max Planck di ottica quantistica (MPQ) di Garching sono più vicini a rendere i fotoni adatti al lavoro pratico, come l’informatica quantistica. Gli scienziati hanno generato 14 fotoni entangled in un modo specifico con alta efficienza.
Com'è andato l'esperimento?
La particolarità del nuovo esperimento è questaGli scienziati hanno utilizzato un singolo atomo per emettere fotoni e "intrecciarli" in un modo specifico. Per fare ciò, i ricercatori del Max Planck Institute hanno posizionato un atomo di rubidio al centro di un risonatore ottico, una sorta di “camera dell’eco” per le onde elettromagnetiche.
Allestimento sperimentale con camera a vuoto su tavola ottica. Foto: MPQ
Con l'aiuto della radiazione laser di un certofrequenze determinavano accuratamente lo stato dell'atomo. Usando lo slancio extra, gli scienziati hanno anche deliberatamente causato l'emissione di un fotone, che è associato allo stato quantistico dell'atomo.
Durante l'esperimento, gli scienziati lo hanno ripetutoprocesso più volte. Negli intervalli l’atomo veniva manipolato in un certo modo, in altre parole “ruotato”. In questo modo, i fisici hanno creato una catena di 14 particelle di luce, che si sono intrecciate tra loro a causa della rotazione degli atomi e sono state portate nello stato desiderato.
Al momento, 14 particelle di luce interconnesse rappresentano il maggior numero di fotoni entangled finora generati in laboratorio.
Due possibilità del nuovo metodo
Ma non solo il numero di fotoni entangled è molto importante per lo sviluppo di potenti computer quantistici: anche il modo in cui vengono generati è molto diverso dai metodi convenzionali.
"Da quando è sorta la catena di fotonida un singolo atomo, potrebbe essere prodotto in modo deterministico”, spiegano gli scienziati in un comunicato stampa per il nuovo studio. Ciò significa che, in linea di principio, ogni impulso fornisce effettivamente un fotone “sul posto” con le proprietà desiderate.
Fino ad ora, l'entanglement di queste particelle è di solitosi è verificato in speciali cristalli non lineari. Il problema è che lì le particelle di luce vengono generate casualmente e non possono essere controllate. Di conseguenza, ciò limita il numero di particelle che possono essere combinate in un'interazione collettiva.
Installazione di un risonatore ottico nel vuoto. Un singolo atomo di rubidio è intrappolato tra specchi conici all'interno del supporto. Foto: MPQ
D'altra parte, il metodo sviluppato inuna nuova ricerca, rende possibile generare praticamente qualsiasi numero di fotoni entangled. Inoltre, è molto efficace. Ciò significa che potrà essere applicato nella pratica in futuro. Pertanto, gli scienziati hanno misurato la catena di fotoni risultante e ne hanno dimostrato l'efficienza del 50%.
Quasi ogni secondo "pressione di un pulsante" su un atomoil rubidio ha fornito una particella di luce utilizzabile. In esperimenti precedenti, gli scienziati non sono riusciti a raggiungere questo obiettivo. Il nuovo lavoro rimuove un ostacolo di vecchia data al calcolo quantistico scalabile basato su misurazioni, sottolineano gli scienziati.
Qual è il prossimo?
Ora i dipendenti MPQ vogliono risolvere un altro problemail problema del futuro quantistico. Ad esempio, operazioni computazionali complesse richiederanno almeno due atomi come sorgenti di fotoni nella cavità. "Stiamo già lavorando per risolvere questo problema", hanno spiegato gli scienziati in una nota.
Lo hanno affermato anche i collaboratori di Max PlanckLa tecnologia può essere utilizzata non solo per l’informatica quantistica. Ad esempio, sarà utile nelle comunicazioni quantistiche, trasmettendo informazioni su fibra ottica con protezione dalle intercettazioni. A causa di effetti ottici come la diffusione e l'assorbimento, la luce nella fibra ottica viene “persa” durante la propagazione. Ciò limita notevolmente la distanza su cui i dati possono essere trasmessi.
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