Явлення квантового світу, які часто здаються химерними, давно застосовують у техніці. Наприклад,
В чому проблема?
Однак, щоб використовувати квантовий комп'ютер на повну потужність, всі заплутані частинки повинні працювати разом. Йдеться про базові елементи для обчислень — кубити.
Ідеально для цього підходять фотони-часткисвітла. Справа в тому, що вони досить «міцні» за своєю природою і легко маніпулювати. Тепер співробітники Інституту квантової оптики Макса Планка (Max Planck Institute of Quantum Optics, MPQ) в Гархінг наблизилися до того, щоб зробити фотони придатними для практичної роботи, наприклад, для квантових обчислень. Вчені певним чином згенерували 14 заплутаних фотонів з високою ефективністю.
Як пройшов експеримент?
Особливість нового експерименту в тому, щовчені використовували один атом, щоб домогтися емісії фотонів і «переплести» їх специфічним чином. Для цього співробітники Інституту Макса Планка помістили атом рубідія в центр оптичного резонатора свого роду «луна-камеру» для електромагнітних хвиль.
Експериментальне встановлення з вакуумною камерою на оптичному столі. Фото: MPQ
За допомогою лазерного випромінювання певноїЧастоти вони точно визначили стан атома. Використовуючи додатковий імпульс, вчені також викликали емісію фотона, яка пов'язана з квантовим станом атома.
У процесі експерименту вчені повторили цейпроцес кілька разів. У проміжках атомом маніпулювали певним чином — простіше кажучи, «крутили». Таким чином фізики створили ланцюжок з 14 частинок світла, які заплутувалися один з одним за рахунок обертання атомів і наводилися в потрібний стан.
На даний момент 14 взаємопов'язаних частинок світла - це найбільша кількість заплутаних фотонів, які досі генерували в лабораторії.
Дві можливості нового методу
Але не тільки кількість заплутаних фотонів дуже важлива для розробки потужних квантових комп'ютерів — спосіб їхньої генерації також відрізняється від звичайних методів.
«Оскільки ланцюжок фотонів виникз одного атома, її можна було зробити детермінованим чином », - пояснюють вчені в прес-релізі до нового дослідження. Це означає, що, в принципі, кожен імпульс дійсно доставляє фотон «на місце» з потрібними властивостями.
До цих пір заплутування цих часток зазвичайвідбувалося у спеціальних нелінійних кристалах. Проблема в тому, що там частинки світла створюються випадковим чином і не контролюються. У результаті обмежує кількість частинок, які можна об'єднати в колективному взаємодії.
Встановлює оптичний резонатор у вакуумі. Поодинокий атом рубідія захоплений між дзеркалами конічної форми всередині утримувача. Фото: MPQ
З іншого боку, метод, який розробили вПід час нового дослідження дозволяє генерувати практично будь-яку кількість заплутаних фотонів. Крім того, він дуже ефективний. Отже, його можна застосувати практично у майбутньому. Так, вчені виміряли ланцюжок фотонів, що утворився, і довели його 50-відсоткову ефективність.
Майже кожне друге «натискання кнопки» на атомірубідія доставляла придатну для використання легку частинку. У попередніх експериментах вчені не могли такого досягти. Нова робота усуває давню перешкоду на шляху до квантових обчислень, що масштабуються, на основі вимірювань, підкреслюють вчені.
Що далі?
Тепер співробітники MPQ хочуть вирішити ще однупроблему квантового майбутнього. Наприклад, складні обчислювальні операції вимагають принаймні двох атомів як джерела фотонів в резонаторі. "Ми вже працюємо над вирішенням цього завдання", - пояснюють вчені в заяві.
Співробітники Макса Планка також заявили, щотехнологію можна застосувати не тільки для квантових обчислень. Наприклад, вона стане в нагоді в квантовому зв'язку передачі інформації по оптоволокну з захистом від прослуховування. Через такі оптичні ефекти, як розсіювання і поглинання, в оптоволокні світло «губиться» в процесі поширення. Це дуже обмежує відстань, на якій можуть передаватися дані.
Читати далі:
Сонячна пляма розміром із Землю зросла в 10 разів за 2 дні: вона спрямована на нас
Це «близнюк» Землі в минулому: знайдено унікальну планету-океан недалеко від нас
Ейнштейн знову мав рацію: через півстоліття фізики довели стабільність чорних дір.