Kvantoví fyzici vytvorili nový rekord v spájaní fotónov

Žiariaci atóm rubídia v optickej dutine. (Inštitút kvantovej optiky Maxa Plancka)

Nová metóda prepletenia osudov fragmentov svetla prekonala niekoľko vážnych prekážok na ceste k fotónovému kvantové výpočty .

Výskumníci z Max Planck Institute of Quantum Optics v Nemecku úspešne zaplietli 14 fotónov do stav považovaný za optimálny pre qubity viac ako zdvojnásobenie predchádzajúcich pokusov – a zároveň zlepšenie ich účinnosti.

Na rozdiel od „kúskov“ binárneho kódu za konvenčnejšími formami výpočtovej techniky, qubity existujú v stave pravdepodobnosti nazývanom superpozícia a správajú sa ako hodená minca, keď padá vzduchom.



Algoritmy založené na spôsobe, akým padajú skupiny kvantových mincí, môžu skrátiť prácu niektorých dosť zložitých matematikov, ale iba ak ich spoločné otáčanie nie je nevedomky vychýlené z kurzu prostredím.

Toto sa označuje ako dekoherencia prerušenie superpozície častice je obrovskou prekážkou pre inžinierov, ktorí navrhujú užitočnékvantové počítače.

Teoreticky môže v kvantovej superpozícii stavov existovať takmer čokoľvek, od elektrónov po atómy celé molekuly (alebo väčšie). Ale aby sa obmedzila dekoherencia, koláč berú menšie a jednoduchšie predmety.

Fotóny tvoria ideálne qubity. Bohužiaľ, praktické kvantové počítače potrebujem veľa qubitov. tisícky . Dokonca milióny. Čím viac tým lepšie. Nielenže sa musia všetci točiť v superpozícii naraz, ale ich osudy musia byť zdieľané. Alebo, aby som použil termín z fyziky, zapletený.

Tu prichádza na rad výzva.

Existujú pomerne jednoduché spôsoby zamotať páry fotónov . Prinútite atóm vyžarovať vlnu svetla a potom ho rozdeľte pomocou špeciálnej obrazovky a získate dva fotóny so zdieľanou históriou.

Zatiaľ čo zostávajú v lete so svojimi príslušnými charakteristikami, ktoré sa ešte len zmerajú, viac-menej pôsobia ako rotujúca minca. Nakoniec jeden príde hore a druhý skončí.

Zamotať viac ako dva fotóny sa stáva väčšou výzvou.

Experimenty s objektmi nazývanými kvantové bodky dokázali zamotať reťazce troch až štyroch fotónov. Nielenže je nepravdepodobné, že by sa niekedy vyrobili stovky a tisíce potrebné na arovnako ako počítač, stav zapletenie použitie tohto prístupu nie je také spoľahlivé, ako by si inžinieri mohli želať.

Novšie štúdie využívajúce atómy s veľkými elektrónovými orbitálmi, nazývané Rydbergove atómy , vytvorili až šesť zapletených fotónov, všetky v efektívne zapletenej forme. Hoci by táto metóda mohla viesť k superrýchlym výpočtovým komponentom, nie je to ani ľahko škálovateľná možnosť.

Toto najnovšie riešenie by teoreticky mohlo produkovať ľubovoľný počet zapletených fotónov, všetky v ideálnom stave.

'Trik tohto experimentu bol v tom, že sme použili jeden atóm na vyžarovanie fotónov a ich prepletenie veľmi špecifickým spôsobom,' hovorí doktorand fyziky a hlavný autor Philip Thomas.

Atóm rubídia bol šteklený do vyžarujúcich svetelných vĺn, ktoré boli nasmerované do dutiny tvarovanej tak, aby ich odrážala tam a späť veľmi presným spôsobom.

Dokonalým doladením spôsobu, akým rubídium žiarilo, mohol byť každý fotón zapletený do stavu celého atómu – čo znamená, že každý fotón, ktorý sa odráža v dutine tam a späť, bol tiež zapletený s významným počtom svojich súrodencov.

'Pretože reťazec fotónov vznikol z jedného atómu, mohol byť vyrobený deterministickým spôsobom,' hovorí Thomas.

V tomto prípade sa tímu podarilo zamotať 12 fotónov do menej efektívneho lineárneho zhluku a 14 fotónov do ocenených Greenberger–Horne–Zeilinger štátu (GHZ).

„Podľa našich najlepších vedomostí je 14 vzájomne prepojených svetelných častíc najväčším počtom zapletených fotónov, ktoré boli doteraz v laboratóriu vytvorené,“ hovorí Thomas.

Nielenže dokázali zamotať toľko fotónov, ale účinnosť tejto metódy sa zlepšila v porovnaní s predchádzajúcimi procesmi, pričom takmer jeden z každých dvoch fotónov poskytuje úhľadne zapletené qubity.

Budúce nastavenia budú musieť zaviesť druhý atóm, ktorý poskytne qubity potrebné pre mnoho operácií kvantových výpočtov. Zapletené fotóny na kohútiku by mohli poskytnúť základy pre technológiu mimo výpočtovej techniky ústrednú úlohu v kvantovo šifrovanej komunikácii .

Tento výskum bol publikovaný v r Príroda .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.