Kvantinės mechanikos poveikis, įskaitant dviejų dalelių susipynimą (reiškinys, kai atskiros būsenos
Dvi nepriklausomos tyrėjų grupės paskelbėsukuriant pavienių fotonų šaltinius, reikalingus duomenų perdavimui kvantiniame tinkle. Vokiečių mokslininkai iš Maxo Plancko kvantinės optikos instituto ir Miuncheno technikos universiteto panaudojo erbio atomus, įterptus į silicio kristalą, kurie gamina šviesą, kurios dažnis atitinka šiuolaikinius ryšių tinklus.
Ir inžinieriai iš Masačusetso technologijos institutoInstitutas naudoja perovskito nanokristalus, kurių gamyba yra lengvai pritaikoma. Tačiau jie nereikalauja didelio aušinimo ir gali veikti kambario temperatūroje.
Kas yra kvantinis tinklas?
Kvantiniai kompiuteriai teoriškai gali veiktiužduotys, kurių neįmanoma išspręsti net galingiausiuose pasaulio superkompiuteriuose. Jie gali būti naudojami medžiagų ir sudėtingų sistemų savybėms modeliuoti. Tačiau norint pasiekti tikrai reikšmingų rezultatų, mums reikia veiksmingo būdo sujungti kvantinės informacijos mazgus – paskirstytus kvantinius procesorius.
Kadangi kvantiniai kompiuteriai yra iš esmėsskiriasi nuo klasikinių, įprasti informacijos perdavimo būdai jiems nėra tiesiogiai taikomi. Kvantinė informacija yra sudėtingesnė: užuot saugojęs tik 0 arba 1 reikšmę, kaip klasikiniuose kompiuteriuose, kubitas vienu metu gali įgyti reikšmes 0 ir 1 (reiškinys vadinamas superpozicija).
Idealus sprendimas yra kvantinis tinklas −junginys, kuriame vyksta tiesioginis keitimasis informacija kubitais išsaugant kvantines mechanines savybes. Kvantinis tinklas jungia apdorojimo mazgus su fotonais, kurie praeina per specialias jungtis, žinomas kaip bangolaidžiai.
Tokio ryšio privalumas yra taskvantiniai įrenginiai bendrauja tiesiogiai, o tai leidžia greičiau apdoroti duomenis. Be to, tokie tinklai gali būti naudojami saugiam duomenų perdavimui: vos tik užpuolikas bandys perimti fotonuose „užkoduotą“ informaciją, dalelių kvantinės savybės bus prarastos, o duomenys taps netinkami naudoti.
Erbio atomai silicio kristale
Kvantinis rezonatorius silicio kristalo pagrindu. Vaizdas: MCQST
Vokiečių inžinieriai sukūrė optikąrezonatorius kvantiniams tinklams, paremtas silicio kristalu, legiruotu erbio atomais. Kūrimas buvo atliktas po ankstesnio tos pačios grupės tyrimo dėl atskirų retųjų žemių atomų įtraukimo į kristalinį silicį naudojant santykinai žemą temperatūrą (apie 500 °C), siekiant užtikrinti, kad silicio grotelėje nesusikauptų daug erbio atomų.
Naujame tyrime, kurio rezultataipublikuoti žurnale Optica, mokslininkai parodė, kad naudojant tokius kristalus galima generuoti pavienius norimų savybių fotonus. Erbio atomai, patalpinti į silicio kristalą, pasižymi puikiomis optinėmis savybėmis, pažymi tyrimo autoriai. Jie skleidžia šviesą, kurios bangos ilgis yra 1536 nm. Tai beveik identiška šviesai, kuri naudojama duomenims perduoti klasikiniuose šviesolaidiniuose tinkluose.
Inžinieriai sukūrė legiruotą rezonatoriųerbis, kuris nuo įprastų konstrukcijų skiriasi tuo, kad jame nėra veidrodžių. Vietoj to naudojamas įprastas nanometro dydžio skylių modelis kristaliniame silicyje. Tai reiškia, kad visas rezonatorius yra tik kelių mikronų ilgio ir jame yra tik kelios dešimtys erbio atomų. Prijungę rezonatorių prie optinio pluošto ir sužadindami atomus lazeriu, mokslininkai įrodė, kad gali būti išspinduliuojami atskiri norimų savybių fotonai.
Tyrėjai pažymi du pagrindinius privalumus,Dėl to erbiu legiruotas silicis yra „idealus kandidatas kvantiniams tinklams kurti“. Pirma, jis pagrįstas klasikine medžiaga, plačiai naudojama puslaidininkių gamyboje, o tai reiškia, kad norint sukurti didelius reikiamus komponentus, nereikės kurti naujų sudėtingų gamybos įrenginių.
Antra, sistema veikia santykinaiaukšta (kvantinėms technologijoms) temperatūra – apie 8 K (-265 °C). Skirtingai nuo sistemų, veikiančių netoli absoliutaus nulio, tokias sąlygas lengviau sukurti aušinant skystame helio kriostate.
Perovskitai kaip pavieniai fotono šaltiniai
Perovskito nanokristalai. Vaizdas: MIT
MIT mokslininkai siūlo alternatyvąKvantinių tinklų kūrimo medžiaga yra perovskitai. Ši medžiaga jau plačiai įsitvirtino kaip galima alternatyva siliciui saulės elementuose. Žurnale „Nature Photonics“ paskelbtame tyrime inžinieriai parodė, kad jie taip pat gali generuoti identiškų fotonų srautą.
Savo tyrimui fizikai naudojošvino halito perovskito nanodalelės. Fotovoltinėse ląstelėse naudojamos plonos šios medžiagos plėvelės, o nanodalelių pavidalu jos pasižymi neįtikėtinai dideliu kriogeninės spinduliuotės greičiu, o tai išskiria juos iš kitų koloidinių puslaidininkių nanodalelių. Kuo greičiau skleidžiama šviesa, tuo didesnė tikimybė, kad išėjimo signalas turės tiksliai apibrėžtą bangos funkciją, kuri yra būtina kvantiniams tinklams.
Norėdami patikrinti, ar jie yra fotonaigeneruoti tikrai turi norimas savybes, mokslininkai atliko standartinį testą. Jį sudaro specialių dviejų fotonų trukdžių, Hong-Wu-Mandela efekto, aptikimas. Eksperimento rezultatai patvirtino, kad šaltinis skleidžia kvantinę šviesą.
Tyrėjai pažymi, kad iki šiol diegimas nebuvo atliktasyra tobulas ir veikia su trukdžiais, tačiau jie įsitikinę, kad tai galima įveikti įdėjus perovskitus į optinę ertmę – šis efektas veikia su kitomis medžiagomis.
Tuo pačiu metu mokslininkai pažymi pranašumątechnologija, kuri palengvina gamybą. „Priežastis, kodėl kiti šaltiniai yra nuoseklūs, yra ta, kad jie pagaminti iš gryniausių medžiagų ir vienas po kito atomas po atomo. Taigi turime labai prastą mastelį ir labai prastą atkuriamumą“, – sako Aleksandras Kaplanas, tyrimo bendraautorius. Priešingai, perovskito nanodalelės gaminamos tirpale ir tiesiog uždedamos ant pagrindo medžiagos. Be to, tokie šaltiniai veikia kambario temperatūroje ir nereikalauja šaldymo.
Abi siūlomos technologijos dar nėraparuoštas kvantinių tinklų kūrimo sprendimas. Bet tai žingsnis teisinga kryptimi. Tai, kad įvairios tyrėjų grupės visame pasaulyje kuria alternatyvias technologijas ir bando rasti gana pigų ir lengvai išplėtotą sprendimą, rodo, kad kvantiniai tinklai netrukus gali tapti realybe.
Skaityti daugiau:
Keistas objektas, karštesnis už Saulę, nustebino astronomus
Mongolijoje rastas artefaktas, panašus į falą: jam apie 42 000 metų
Rastas aukščiausias medis Azijoje: parodykite, kaip jis atrodo
Viršelio vaizdas: C. Hohmann, MCQST