Verschijnselen uit de kwantumwereld, die vaak bizar lijken, worden al lang in de technologie gebruikt. Bijvoorbeeld,
Wat is het probleem?
Om een kwantumcomputer echter volledig te benutten, moeten alle verstrengelde deeltjes samenwerken. We hebben het over de basiselementen voor berekeningen - qubits.
Fotonen – deeltjes – zijn hier ideaal voor.Sveta. Het punt is dat ze van nature behoorlijk ‘sterk’ zijn en gemakkelijk te manipuleren. Nu zijn onderzoekers van het Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ) in Garching dichter bij het geschikt maken van fotonen voor praktisch werk, zoals kwantumcomputers. Wetenschappers hebben op een specifieke manier en met hoge efficiëntie veertien verstrengelde fotonen gegenereerd.
Hoe was het experiment?
Het bijzondere van het nieuwe experiment is datWetenschappers gebruikten een enkel atoom om fotonen uit te zenden en deze op een specifieke manier te ‘verweven’. Om dit te doen plaatsten onderzoekers van het Max Planck Instituut een rubidiumatoom in het midden van een optische resonator – een soort ‘echokamer’ voor elektromagnetische golven.
Experimentele opstelling met een vacuümkamer op een optische tafel. Foto: MPQ
Met behulp van laserstraling van een bepaaldefrequenties bepaalden ze nauwkeurig de toestand van het atoom. Door het extra momentum te gebruiken, veroorzaakten de wetenschappers ook bewust de emissie van een foton, dat wordt geassocieerd met de kwantumtoestand van het atoom.
Tijdens het experiment herhaalden wetenschappers ditmeerdere keren verwerken. In de intervallen werd het atoom op een bepaalde manier gemanipuleerd – met andere woorden: ‘geroteerd’. Op deze manier creëerden natuurkundigen een keten van 14 lichtdeeltjes, die door de rotatie van atomen met elkaar verstrikt raakten en in de gewenste staat werden gebracht.
Op dit moment zijn 14 onderling verbonden lichtdeeltjes het grootste aantal verstrengelde fotonen dat tot nu toe in het laboratorium is gegenereerd.
Twee mogelijkheden van de nieuwe methode
Maar niet alleen het aantal verstrengelde fotonen is erg belangrijk voor de ontwikkeling van krachtige kwantumcomputers - de manier waarop ze worden gegenereerd is ook heel anders dan conventionele methoden.
"Sinds de keten van fotonen ontstonduit één enkel atoom zou het op een deterministische manier kunnen worden geproduceerd”, leggen de wetenschappers uit in een persbericht voor de nieuwe studie. Dit betekent dat elke puls in principe daadwerkelijk een foton “op zijn plaats” aflevert met de gewenste eigenschappen.
Tot nu toe is de verstrengeling van deze deeltjes meestalopgetreden in speciale niet-lineaire kristallen. Het probleem is dat daar de lichtdeeltjes willekeurig worden gegenereerd en niet kunnen worden gecontroleerd. Als gevolg hiervan beperkt dit het aantal deeltjes dat kan worden gecombineerd in een collectieve interactie.
Installatie van een optische resonator in vacuüm. Een enkel rubidiumatoom zit gevangen tussen kegelvormige spiegels in de houder. Foto: MPQ
Aan de andere kant is de methode ontwikkeld inNieuw onderzoek maakt het mogelijk vrijwel elk aantal verstrengelde fotonen te genereren. Bovendien is het zeer effectief. Dit betekent dat het in de toekomst in de praktijk kan worden toegepast. Zo hebben wetenschappers de resulterende keten van fotonen gemeten en de efficiëntie ervan van 50 procent bewezen.
Bijna elke tweede "druk op de knop" op een atoomrubidium leverde een bruikbaar lichtdeeltje af. In eerdere experimenten konden wetenschappers dit niet bereiken. Het nieuwe werk verwijdert een al lang bestaand obstakel voor schaalbare, op metingen gebaseerde kwantumcomputers, benadrukken de wetenschappers.
Wat is de volgende stap?
Nu willen MPQ-medewerkers een ander probleem oplossenhet probleem van de kwantumtoekomst. Voor complexe computerbewerkingen zullen bijvoorbeeld ten minste twee atomen als fotonenbronnen in de holte nodig zijn. “We werken al aan het oplossen van dit probleem”, legden de wetenschappers uit in een verklaring.
Dat verklaarden de medewerkers van Max Planck ookDe technologie kan niet alleen voor quantum computing worden gebruikt. Het zal bijvoorbeeld nuttig zijn bij kwantumcommunicatie: het verzenden van informatie via optische vezels met bescherming tegen afluisteren. Als gevolg van optische effecten zoals verstrooiing en absorptie gaat het licht in de optische vezel tijdens de voortplanting “verloren”. Dit beperkt de afstand waarover gegevens kunnen worden verzonden aanzienlijk.
Lees verder:
Zonnevlek ter grootte van de aarde groeit 10 keer in 2 dagen: hij is op ons gericht
Dit is de "tweeling" van de aarde in het verleden: een unieke planeet-oceaan werd niet ver van ons gevonden
Einstein had weer gelijk: na een halve eeuw bewezen natuurkundigen de stabiliteit van zwarte gaten