Kvantinio pasaulio reiškiniai, kurie dažnai atrodo keistai, jau seniai naudojami technologijose. Pavyzdžiui,
Kokia problema?
Tačiau norint išnaudoti visas kvantinio kompiuterio galimybes, visos įsipainiojusios dalelės turi veikti kartu. Kalbame apie pagrindinius skaičiavimo elementus – kubitus.
Tam idealiai tinka fotonai – dalelės.Sveta. Esmė ta, kad jie iš prigimties yra gana „stiprūs“ ir jais lengva manipuliuoti. Dabar Garchingo Maxo Plancko kvantinės optikos instituto (MPQ) tyrėjai yra arčiau fotonų, tinkamų praktiniam darbui, pavyzdžiui, kvantiniam skaičiavimui, kūrimo. Mokslininkai tam tikru būdu su dideliu efektyvumu sukūrė 14 įsipainiojusių fotonų.
Kaip sekėsi eksperimentas?
Naujojo eksperimento ypatumas yra tasMokslininkai panaudojo vieną atomą, kad išspinduliuotų fotonus ir „supintų“ juos tam tikru būdu. Norėdami tai padaryti, Maxo Plancko instituto mokslininkai į optinio rezonatoriaus centrą įdėjo rubidžio atomą - savotišką elektromagnetinių bangų "aido kamerą".
Eksperimentinė sąranka su vakuumine kamera ant optinio stalo. Nuotrauka: MPQ
Lazerio spinduliuotės pagalba tam tikrasdažnius jie tiksliai nustatė atomo būseną. Naudodami papildomą impulsą, mokslininkai taip pat sąmoningai sukėlė fotono emisiją, kuri yra susijusi su kvantine atomo būsena.
Eksperimento metu mokslininkai tai pakartojoapdoroti kelis kartus. Tam tikrais intervalais atomas buvo manipuliuojamas tam tikru būdu – kitaip tariant, „sukamas“. Tokiu būdu fizikai sukūrė 14 šviesos dalelių grandinę, kurios dėl atomų sukimosi susipynė viena su kita ir buvo įvestos į norimą būseną.
Šiuo metu 14 tarpusavyje susijusių šviesos dalelių yra didžiausias susipynusių fotonų skaičius, kuris iki šiol buvo sukurtas laboratorijoje.
Dvi naujojo metodo galimybės
Tačiau kuriant galingus kvantinius kompiuterius labai svarbus ne tik įsipainiojusių fotonų skaičius – jų generavimo būdas taip pat labai skiriasi nuo įprastų metodų.
„Nuo tada, kai atsirado fotonų grandinėiš vieno atomo jis galėtų būti pagamintas deterministiniu būdu“, – naujojo tyrimo pranešime spaudai aiškina mokslininkai. Tai reiškia, kad iš esmės kiekvienas impulsas iš tikrųjų pristato fotoną „vietoje“ su norimomis savybėmis.
Iki šiol šių dalelių įsipainiojimas dažniausiai būnaatsirado specialiuose netiesiniuose kristaluose. Problema ta, kad ten šviesos dalelės susidaro atsitiktinai ir jų negalima kontroliuoti. Dėl to tai riboja dalelių, kurias galima sujungti kolektyvinėje sąveikoje, skaičių.
Optinio rezonatoriaus montavimas vakuume. Vienas rubidžio atomas yra įstrigęs tarp kūginių veidrodžių laikiklio viduje. Nuotrauka: MPQ
Kita vertus, metodas sukurtas mNauji tyrimai leidžia sukurti praktiškai bet kokį įsipainiojusių fotonų skaičių. Be to, tai labai veiksminga. Tai reiškia, kad ateityje ją bus galima pritaikyti praktiškai. Taip mokslininkai išmatavo susidariusią fotonų grandinę ir įrodė jos 50 procentų efektyvumą.
Beveik kas antras „mygtuko paspaudimas“ ant atomorubidis atnešė naudotiną šviesos dalelę. Ankstesniais eksperimentais mokslininkai negalėjo to pasiekti. Naujasis darbas pašalina ilgalaikę kliūtį keičiamiems matavimais pagrįstiems kvantiniams skaičiavimams, pabrėžia mokslininkai.
Kas toliau?
Dabar MPQ darbuotojai nori išspręsti kitą problemąkvantinės ateities problema. Pavyzdžiui, sudėtingoms skaičiavimo operacijoms ertmėje reikės mažiausiai dviejų atomų kaip fotonų šaltinių. "Mes jau dirbame, kad išspręstume šią problemą", - paaiškino mokslininkai.
Maxo Plancko bendradarbiai taip pat teigėŠi technologija gali būti naudojama ne tik kvantiniam skaičiavimui. Pavyzdžiui, jis bus naudingas kvantiniams ryšiams – perduodant informaciją optiniu pluoštu su apsauga nuo pasiklausymo. Dėl optinių efektų, tokių kaip sklaida ir sugertis, šviesa optiniame pluošte „prarandama“ sklidimo metu. Tai labai apriboja atstumą, kuriuo galima perduoti duomenis.
Skaityti daugiau:
Žemės dydžio saulės dėmė per 2 dienas išauga 10 kartų: ji nukreipta į mus
Tai yra praeities Žemės „dvynys“: netoli nuo mūsų buvo rasta unikali planeta-vandenynas
Einšteinas vėl buvo teisus: po pusės amžiaus fizikai įrodė juodųjų skylių stabilumą