Kvantu pasaules parādības, kas bieži šķiet dīvainas, jau sen ir izmantotas tehnoloģijā. Piemēram,
Kāda ir problēma?
Tomēr, lai pilnībā izmantotu kvantu datoru, visām sapītajām daļiņām ir jādarbojas kopā. Mēs runājam par aprēķinu pamatelementiem - kubitiem.
Fotoni — daļiņas — tam ir ideāli piemēroti.Sveta. Lieta ir tāda, ka tie pēc būtības ir diezgan “spēcīgi” un ar tiem ir viegli manipulēt. Tagad pētnieki Maksa Planka Kvantu optikas institūtā (MPQ) Garchingā ir tuvāk fotonu veidošanai, kas piemēroti praktiskajam darbam, piemēram, kvantu skaitļošanai. Zinātnieki īpašā veidā ar augstu efektivitāti ir radījuši 14 sapinušos fotonus.
Kā noritēja eksperiments?
Jaunā eksperimenta īpatnība ir tādaZinātnieki izmantoja vienu atomu, lai emitētu fotonus un "savītu" tos īpašā veidā. Lai to izdarītu, Maksa Planka institūta pētnieki ievietoja rubīdija atomu optiskā rezonatora centrā - sava veida "atbalss kamerā" elektromagnētiskajiem viļņiem.
Eksperimentāls uzstādījums ar vakuuma kameru uz optiskā galda. Foto: MPQ
Ar lāzera starojuma palīdzību noteiktafrekvences tie precīzi noteica atoma stāvokli. Izmantojot papildu impulsu, zinātnieki arī apzināti izraisīja fotona emisiju, kas ir saistīta ar atoma kvantu stāvokli.
Eksperimenta laikā zinātnieki to atkārtojaapstrādāt vairākas reizes. Intervālos ar atomu tika manipulēts noteiktā veidā, citiem vārdiem sakot, "pagriezts". Tādā veidā fiziķi izveidoja 14 gaismas daļiņu ķēdi, kuras atomu rotācijas rezultātā sapinās viena ar otru un tika nogādātas vēlamajā stāvoklī.
Šobrīd 14 savstarpēji savienotas gaismas daļiņas ir lielākais sapinušo fotonu skaits, kāds līdz šim ir ģenerēts laboratorijā.
Divas jaunās metodes iespējas
Taču jaudīgu kvantu datoru attīstībai ļoti svarīgs ir ne tikai sapinušo fotonu skaits – arī veids, kā tie tiek ģenerēti, ļoti atšķiras no parastajām metodēm.
"Kopš fotonu ķēdes rašanāsno viena atoma to varētu ražot deterministiskā veidā, ”sacīja zinātnieki jaunā pētījuma paziņojumā presei. Tas nozīmē, ka principā katrs impulss faktiski piegādā fotonu “vietā” ar vēlamajām īpašībām.
Līdz šim šo daļiņu sapīšanās parasti irradās īpašos nelineāros kristālos. Problēma ir tāda, ka tur gaismas daļiņas tiek ģenerētas nejauši, un tās nevar kontrolēt. Rezultātā tas ierobežo to daļiņu skaitu, kuras var apvienot kolektīvā mijiedarbībā.
Optiskā rezonatora uzstādīšana vakuumā. Viens rubīdija atoms ir iesprostots starp koniskajiem spoguļiem turētāja iekšpusē. Foto: MPQ
No otras puses, metode izstrādāta gadājauni pētījumi ļauj ģenerēt praktiski jebkādu skaitu sapinušos fotonu. Turklāt tas ir ļoti efektīvs. Tas nozīmē, ka nākotnē to varēs pielietot praksē. Tādējādi zinātnieki izmērīja iegūto fotonu ķēdi un pierādīja tās 50 procentu efektivitāti.
Gandrīz katrs otrais "pogas nospiešana" uz atomarubīdijs piegādāja izmantojamu gaismas daļiņu. Iepriekšējos eksperimentos zinātnieki to nevarēja sasniegt. Jaunais darbs novērš ilgstošu šķērsli mērogojamiem mērījumiem balstītai kvantu skaitļošanai, uzsver zinātnieki.
Kas tālāk?
Tagad MPQ darbinieki vēlas atrisināt citu problēmukvantu nākotnes problēma. Piemēram, sarežģītām skaitļošanas operācijām kā fotonu avoti dobumā būs nepieciešami vismaz divi atomi. "Mēs jau strādājam pie šīs problēmas risināšanas," paskaidroja zinātnieki.
To paziņoja arī Maksa Planka līdzstrādniekiTehnoloģiju var izmantot ne tikai kvantu skaitļošanai. Piemēram, tas noderēs kvantu sakaros — informācijas pārsūtīšanai pa optisko šķiedru ar aizsardzību pret noklausīšanos. Optisko efektu, piemēram, izkliedes un absorbcijas, dēļ gaisma optiskajā šķiedrā tiek “zaudēta” izplatīšanās laikā. Tas ievērojami ierobežo attālumu, kādā var pārsūtīt datus.
Lasīt vairāk:
Zemes lieluma saules plankums 2 dienu laikā pieaug 10 reizes: tas ir vērsts uz mums
Tas ir pagātnes Zemes "dvīnis": netālu no mums tika atrasta unikāla planēta-okeāns
Einšteinam atkal bija taisnība: pēc pusgadsimta fiziķi pierādīja melno caurumu stabilitāti