Os fenômenos do mundo quântico, que muitas vezes parecem bizarros, são usados há muito tempo na tecnologia. Por exemplo,
Qual é o problema?
No entanto, para usar um computador quântico em todo o seu potencial, todas as partículas emaranhadas devem trabalhar juntas. Estamos falando dos elementos básicos para cálculos - qubits.
Os fótons – partículas – são ideais para isso.Luz. A questão é que eles são bastante “fortes” por natureza e fáceis de manipular. Agora, pesquisadores do Instituto Max Planck de Óptica Quântica (MPQ) em Garching estão mais perto de tornar os fótons adequados para trabalhos práticos, como a computação quântica. Os cientistas geraram 14 fótons emaranhados de uma forma específica com alta eficiência.
Como foi o experimento?
A peculiaridade do novo experimento é queOs cientistas usaram um único átomo para emitir fótons e “entrelaçá-los” de uma maneira específica. Para fazer isso, pesquisadores do Instituto Max Planck colocaram um átomo de rubídio no centro de um ressonador óptico – uma espécie de “câmara de eco” para ondas eletromagnéticas.
Configuração experimental com uma câmara de vácuo em uma mesa óptica. Foto: MPQ
Com a ajuda da radiação laser de um determinadofrequências eles determinaram com precisão o estado do átomo. Usando o impulso extra, os cientistas também causaram deliberadamente a emissão de um fóton, que está associado ao estado quântico do átomo.
Durante o experimento, os cientistas repetiram issoprocessar várias vezes. Nos intervalos, o átomo era manipulado de uma certa maneira – em outras palavras, “girado”. Dessa forma, os físicos criaram uma cadeia de 14 partículas de luz, que se entrelaçaram devido à rotação dos átomos e foram levadas ao estado desejado.
No momento, 14 partículas de luz interconectadas é o maior número de fótons emaranhados que até agora foram gerados em laboratório.
Duas possibilidades do novo método
Mas não apenas o número de fótons emaranhados é muito importante para o desenvolvimento de poderosos computadores quânticos – a forma como eles são gerados também é muito diferente dos métodos convencionais.
“Desde que surgiu a cadeia de fótonsa partir de um único átomo, poderia ser produzido de forma determinística”, explicam os cientistas num comunicado de imprensa para o novo estudo. Isto significa que, em princípio, cada pulso na verdade entrega um fóton “no lugar” com as propriedades desejadas.
Até agora, o emaranhamento dessas partículas é geralmenteocorreu em cristais não lineares especiais. O problema é que as partículas de luz são geradas aleatoriamente e não podem ser controladas. Como resultado, isso limita o número de partículas que podem ser combinadas em uma interação coletiva.
Instalação de um ressonador óptico no vácuo. Um único átomo de rubídio fica preso entre espelhos cônicos dentro do suporte. Foto: MPQ
Por outro lado, o método desenvolvido emnova pesquisa, torna possível gerar praticamente qualquer número de fótons emaranhados. Além disso, é muito eficaz. Isso significa que pode ser aplicado na prática no futuro. Assim, os cientistas mediram a cadeia de fótons resultante e provaram sua eficiência de 50%.
Quase a cada segundo "pressionar o botão" em um átomorubídio forneceu uma partícula de luz utilizável. Em experimentos anteriores, os cientistas não conseguiram isso. O novo trabalho remove um obstáculo de longa data à computação quântica baseada em medição escalável, enfatizam os cientistas.
O que vem a seguir?
Agora os funcionários da MPQ querem resolver mais um problemao problema do futuro quântico. Por exemplo, operações computacionais complexas exigirão pelo menos dois átomos como fontes de fótons na cavidade. “Já estamos trabalhando para resolver este problema”, explicaram os cientistas em comunicado.
Os colaboradores de Max Planck também afirmaram queA tecnologia pode ser usada não apenas para computação quântica. Por exemplo, será útil em comunicações quânticas – transmissão de informações através de fibra óptica com proteção contra escutas clandestinas. Devido a efeitos ópticos como espalhamento e absorção, a luz na fibra óptica é “perdida” durante a propagação. Isso limita bastante a distância pela qual os dados podem ser transmitidos.
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