תופעות של העולם הקוונטי, שלעתים קרובות נראות מוזרות, נמצאות בשימוש זמן רב בטכנולוגיה. לדוגמה,
מה הבעיה?
עם זאת, כדי להשתמש במחשב קוונטי במלוא הפוטנציאל שלו, כל החלקיקים המסובכים חייבים לעבוד יחד. אנחנו מדברים על האלמנטים הבסיסיים לחישובים - קיוביטים.
פוטונים - חלקיקים - הם אידיאליים לכך.סווטה. הנקודה היא שהם די "חזקים" מטבעם וקל לתמרן אותם. כעת, חוקרים ממכון מקס פלנק לאופטיקה קוונטית (MPQ) ב-Garching קרובים יותר להפוך פוטונים למתאימים לעבודה מעשית, כמו מחשוב קוונטי. מדענים יצרו 14 פוטונים סבוכים בצורה ספציפית ביעילות גבוהה.
איך היה הניסוי?
המוזרות של הניסוי החדש היא זומדענים השתמשו באטום בודד כדי לפלוט פוטונים ו"לשזור" אותם בצורה ספציפית. לשם כך, חוקרים ממכון מקס פלנק הציבו אטום רובידיום במרכזו של מהוד אופטי - מעין "תא הד" לגלים אלקטרומגנטיים.
מערך ניסוי עם תא ואקום על שולחן אופטי. צילום: MPQ
בעזרת קרינת לייזר של מסוייםתדרים הם קבעו במדויק את מצב האטום. באמצעות המומנטום הנוסף, המדענים גרמו בכוונה גם לפליטת פוטון, הקשורה למצב הקוונטי של האטום.
במהלך הניסוי חזרו על כך מדעניםתהליך מספר פעמים. במרווחים, האטום עבר מניפולציות בצורה מסוימת - במילים אחרות, "סובב". כך יצרו הפיזיקאים שרשרת של 14 חלקיקי אור, שהסתבכו זה בזה עקב סיבוב האטומים והובאו למצב הרצוי.
נכון לעכשיו, 14 חלקיקי אור מחוברים זה לזה הם המספר הגדול ביותר של פוטונים סבוכים שנוצרו עד כה במעבדה.
שתי אפשרויות של השיטה החדשה
אבל לא רק למספר הפוטונים המסובכים יש חשיבות רבה לפיתוח מחשבים קוונטיים רבי עוצמה – גם האופן שבו הם נוצרים שונה מאוד משיטות קונבנציונליות.
"מאז ששרשרת הפוטונים עלתהמאטום בודד אפשר לייצר אותו בצורה דטרמיניסטית", מסבירים המדענים בהודעה לעיתונות למחקר החדש. המשמעות היא שבאופן עקרוני, כל פולס למעשה מספק פוטון "במקום" עם המאפיינים הרצויים.
עד עכשיו, ההסתבכות של חלקיקים אלה היא בדרך כללהתרחש בגבישים לא ליניאריים מיוחדים. הבעיה היא שחלקיקי אור נוצרים באופן אקראי ולא ניתן לשלוט בהם. כתוצאה מכך, זה מגביל את מספר החלקיקים שניתן לשלב באינטראקציה קולקטיבית.
התקנת מהוד אופטי בוואקום. אטום רובידיום בודד כלוא בין מראות חרוטיות בתוך המחזיק. צילום: MPQ
מצד שני, השיטה התפתחה במחקר חדש, מאפשר ליצור למעשה כל מספר של פוטונים סבוכים. יתר על כן, זה מאוד יעיל. המשמעות היא שניתן ליישם אותו בפועל בעתיד. לפיכך, מדענים מדדו את שרשרת הפוטונים שהתקבלה והוכיחו את יעילותה של 50 אחוז.
כמעט כל "לחיצת כפתור" שנייה על אטוםרובידיום סיפק חלקיק אור שמיש. בניסויים קודמים, מדענים לא הצליחו להשיג זאת. העבודה החדשה מסירה מכשול רב שנים למחשוב קוונטי מבוסס מדידה ניתן להרחבה, מדגישים המדענים.
מה הלאה?
כעת עובדי MPQ רוצים לפתור בעיה נוספתבעיית העתיד הקוונטי. לדוגמה, פעולות חישוביות מורכבות ידרשו לפחות שני אטומים כמקורות פוטון בחלל. "אנחנו כבר עובדים על פתרון הבעיה הזו", הסבירו המדענים בהצהרה.
גם משתפי הפעולה של מקס פלאנק הצהירו על כךהטכנולוגיה יכולה לשמש לא רק עבור מחשוב קוונטי. לדוגמה, זה יהיה שימושי בתקשורת קוונטית - העברת מידע על סיב אופטי עם הגנה מפני האזנה. עקב השפעות אופטיות כגון פיזור וספיגה, אור בסיבים אופטיים "אובד" במהלך ההתפשטות. זה מגביל מאוד את המרחק שבו ניתן להעביר נתונים.
קרא עוד:
כתם שמש בגודל כדור הארץ גדל פי 10 ביומיים: הוא מכוון אלינו
זהו ה"תאום" של כדור הארץ בעבר: כוכב לכת-אוקיינוס ייחודי נמצא לא רחוק מאיתנו
איינשטיין צדק שוב: אחרי חצי מאה, הפיזיקאים הוכיחו את יציבותם של חורים שחורים