Zjawiska świata kwantowego, które często wydają się dziwaczne, są wykorzystywane w technologii od dawna. Na przykład,
Jaki jest problem?
Jednak, aby w pełni wykorzystać możliwości komputera kwantowego, wszystkie splątane cząstki muszą ze sobą współpracować. Mówimy o podstawowych elementach do obliczeń - kubitach.
Fotony – cząstki – idealnie się do tego nadają.Swieta. Chodzi o to, że są z natury dość „silni” i łatwo nimi manipulować. Teraz badacze z Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka (MPQ) w Garching są coraz bliżej stworzenia fotonów przydatnych w zastosowaniach praktycznych, takich jak obliczenia kwantowe. Naukowcy wygenerowali 14 splątanych fotonów w specyficzny sposób z dużą wydajnością.
Jak przebiegł eksperyment?
Osobliwością nowego eksperymentu jest toNaukowcy wykorzystali pojedynczy atom do emisji fotonów i „przeplatania” ich w specyficzny sposób. Aby to zrobić, naukowcy z Instytutu Maxa Plancka umieścili atom rubidu w centrum rezonatora optycznego – czegoś w rodzaju „komory echa” dla fal elektromagnetycznych.
Układ doświadczalny z komorą próżniową na stole optycznym. Zdjęcie: MPQ
Za pomocą promieniowania laserowego pewnegoczęstotliwości dokładnie określiły stan atomu. Wykorzystując dodatkowy pęd, naukowcy celowo spowodowali również emisję fotonu, która jest związana ze stanem kwantowym atomu.
Podczas eksperymentu naukowcy powtórzyli toproces kilka razy. W przerwach atomem manipulowano w określony sposób – innymi słowy „obracano”. W ten sposób fizycy stworzyli łańcuch 14 cząstek światła, które w wyniku rotacji atomów splątały się ze sobą i doprowadzono do pożądanego stanu.
W tej chwili 14 połączonych ze sobą cząstek światła to największa liczba splątanych fotonów, jakie do tej pory zostały wygenerowane w laboratorium.
Dwie możliwości nowej metody
Ale nie tylko liczba splątanych fotonów jest bardzo ważna dla rozwoju potężnych komputerów kwantowych - sposób ich generowania również bardzo różni się od konwencjonalnych metod.
„Odkąd powstał łańcuch fotonówz pojedynczego atomu można go wytworzyć w sposób deterministyczny” – wyjaśniają naukowcy w komunikacie prasowym dotyczącym nowego badania. Oznacza to, że w zasadzie każdy impuls faktycznie dostarcza foton „na miejsce” o pożądanych właściwościach.
Do tej pory splątanie tych cząstek jest zwyklewystąpiły w specjalnych kryształach nieliniowych. Problem polega na tym, że cząstki światła są generowane losowo i nie można ich kontrolować. W rezultacie ogranicza to liczbę cząstek, które można połączyć w kolektywnej interakcji.
Montaż rezonatora optycznego w próżni. Pojedynczy atom rubidu jest uwięziony pomiędzy stożkowymi lustrami wewnątrz oprawki. Zdjęcie: MPQ
Z kolei metoda opracowana w rnowych badań, umożliwia generowanie praktycznie dowolnej liczby splątanych fotonów. Co więcej, jest bardzo skuteczny. Oznacza to, że będzie można je zastosować w praktyce w przyszłości. W ten sposób naukowcy zmierzyli powstały łańcuch fotonów i udowodnili jego 50-procentową skuteczność.
Prawie co drugie „naciśnięcie przycisku” na atomierubid dostarczył użyteczną lekką cząsteczkę. W poprzednich eksperymentach naukowcy nie mogli tego osiągnąć. Naukowcy podkreślają, że nowe prace usuwają od dawna przeszkodę dla skalowalnych obliczeń kwantowych opartych na pomiarach.
Co dalej?
Teraz pracownicy MPQ chcą rozwiązać kolejny problemproblem przyszłości kwantowej. Na przykład złożone operacje obliczeniowe będą wymagały co najmniej dwóch atomów jako źródeł fotonów we wnęce. „Pracujemy już nad rozwiązaniem tego problemu” – wyjaśnili naukowcy w oświadczeniu.
Stwierdzili to także współpracownicy Maxa PlanckaTechnologia ta może znaleźć zastosowanie nie tylko w obliczeniach kwantowych. Przyda się np. w komunikacji kwantowej – przesyłaniu informacji światłowodem z zabezpieczeniem przed podsłuchem. Ze względu na efekty optyczne, takie jak rozpraszanie i absorpcja, światło w światłowodzie jest „tracone” podczas propagacji. To znacznie ogranicza odległość, na jaką można przesyłać dane.
Czytaj więcej:
Plama słoneczna wielkości Ziemi rośnie 10 razy w ciągu 2 dni: jest skierowana na nas
To „bliźniak” Ziemi w przeszłości: niedaleko nas znaleziono unikalną planetę-ocean
Einstein znowu miał rację: po pół wieku fizycy udowodnili stabilność czarnych dziur