Fenomény kvantového sveta, ktoré sa často zdajú bizarné, sa už dlho využívajú v technológiách. Napríklad,
Aký je problém?
Aby sa však kvantový počítač využil naplno, musia všetky zapletené častice spolupracovať. Hovoríme o základných prvkoch pre výpočty – qubitoch.
Fotóny — častice — sú na to ideálne.Sveta. Ide o to, že sú od prírody dosť „silné“ a ľahko sa s nimi manipuluje. Teraz sú výskumníci z Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ) v Garchingu bližšie k tomu, aby boli fotóny vhodné pre praktickú prácu, ako je napríklad kvantová výpočtová technika. Vedci vytvorili 14 zapletených fotónov špecifickým spôsobom s vysokou účinnosťou.
Aký bol experiment?
Zvláštnosťou nového experimentu je toVedci použili jeden atóm na vyžarovanie fotónov a ich „prepletenie“ špecifickým spôsobom. Za týmto účelom výskumníci z Inštitútu Maxa Plancka umiestnili atóm rubídia do stredu optického rezonátora – akejsi „echo komory“ pre elektromagnetické vlny.
Experimentálne nastavenie s vákuovou komorou na optickom stole. Foto: MPQ
S pomocou laserového žiarenia určitéhofrekvencie presne určili stav atómu. Pomocou extra hybnosti vedci tiež zámerne spôsobili emisiu fotónu, ktorý je spojený s kvantovým stavom atómu.
Počas experimentu to vedci zopakovalispracovať niekoľkokrát. V intervaloch sa s atómom manipulovalo určitým spôsobom – inými slovami, „rotoval“. Fyzici tak vytvorili reťazec 14 častíc svetla, ktoré sa rotáciou atómov do seba zaplietli a dostali do požadovaného stavu.
V súčasnosti je 14 vzájomne prepojených častíc svetla najväčším počtom zapletených fotónov, ktoré boli doteraz v laboratóriu vytvorené.
Dve možnosti novej metódy
No nielen počet zapletených fotónov je veľmi dôležitý pre vývoj výkonných kvantových počítačov – spôsob ich generovania je tiež veľmi odlišný od konvenčných metód.
„Odkedy vznikol reťazec fotónovz jedného atómu by sa dal vyrobiť deterministickým spôsobom,“ vysvetľujú vedci v tlačovej správe k novej štúdii. To znamená, že v zásade každý impulz skutočne dodáva fotón „na mieste“ s požadovanými vlastnosťami.
Doteraz je spletenie týchto častíc zvyčajnesa vyskytli v špeciálnych nelineárnych kryštáloch. Problém je v tom, že svetelné častice sú generované náhodne a nemožno ich kontrolovať. V dôsledku toho to obmedzuje počet častíc, ktoré sa môžu kombinovať v kolektívnej interakcii.
Inštalácia optického rezonátora vo vákuu. Jeden atóm rubídia je zachytený medzi kužeľovými zrkadlami vo vnútri držiaka. Foto: MPQ
Na druhej strane metóda vyvinutá v rnový výskum, umožňuje generovať prakticky ľubovoľný počet zapletených fotónov. Navyše je veľmi účinný. To znamená, že sa môže v budúcnosti uplatniť v praxi. Vedci teda zmerali výsledný reťazec fotónov a dokázali jeho 50-percentnú účinnosť.
Takmer každé druhé „stlačenie tlačidla“ na atómerubídium dodalo použiteľnú svetelnú časticu. V predchádzajúcich experimentoch to vedci nedokázali dosiahnuť. Nová práca odstraňuje dlhotrvajúcu prekážku pre škálovateľné kvantové výpočty založené na meraniach, zdôrazňujú vedci.
Čo bude ďalej?
Teraz chcú zamestnanci MPQ riešiť ďalší problémproblém kvantovej budúcnosti. Napríklad zložité výpočtové operácie budú vyžadovať aspoň dva atómy ako zdroje fotónov v dutine. "Už pracujeme na riešení tohto problému," vysvetlili vedci vo vyhlásení.
Uviedli to aj spolupracovníci Maxa PlanckaTechnológiu je možné využiť nielen na kvantové výpočty. Napríklad bude užitočný pri kvantovej komunikácii – prenos informácií cez optické vlákno s ochranou pred odpočúvaním. V dôsledku optických efektov, ako je rozptyl a absorpcia, sa svetlo v optickom vlákne počas šírenia „stratí“. To značne obmedzuje vzdialenosť, na ktorú je možné prenášať údaje.
Čítaj viac:
Slnečná škvrna veľkosti Zeme narastie 10-krát za 2 dni: je nasmerovaná na nás
Toto je „dvojča“ Zeme v minulosti: neďaleko od nás sa našla jedinečná planéta-oceán
Einstein mal opäť pravdu: po polstoročí fyzici dokázali stabilitu čiernych dier