Ahli Fizik Kuantum Mencipta Rekod Baharu Untuk Menjerat Foton Bersama

Kaedah baru untuk mengaitkan nasib serpihan cahaya telah mengatasi beberapa halangan serius di jalan menuju berasaskan foton pengkomputeran kuantum.

Penyelidik dari Institut Optik Kuantum Max Planck di Jerman telah berjaya menjerat 14 foton ke dalam keadaan yang dianggap optimum untuk qubit, lebih daripada menggandakan percubaan sebelumnya – sambil juga meningkatkan kecekapannya.

Tidak seperti ‘bit’ kod binari di sebalik bentuk teknologi pengkomputeran yang lebih konvensional, qubit wujud dalam keadaan kebarangkalian yang dipanggil superposisi, berkelakuan seperti syiling terbalik semasa ia jatuh di udara.

Algoritma berdasarkan cara kumpulan syiling kuantum jatuh boleh membuat kerja singkat bagi beberapa matematik yang agak kompleks, tetapi hanya jika putaran kolektif mereka tidak disedari oleh persekitaran.

Dirujuk sebagai dekoheren, ini gangguan kepada superposisi zarah adalah halangan besar bagi jurutera mereka bentuk yang berguna komputer kuantum.

Secara teori, hampir semua perkara boleh wujud dalam superposisi kuantum keadaan, daripada elektron kepada atom hingga keseluruhan molekul (atau lebih besar). Tetapi untuk mengehadkan dekoheren, objek yang lebih kecil dan lebih mudah mengambil kek.

Foton membuat qubit yang ideal. Malangnya, praktikal komputer kuantum memerlukan banyak qubit. beribu-ribu. Berjuta-juta pun. Lagi banyak lagi bagus. Bukan sahaja mereka semua perlu berputar dalam superposisi sekaligus, nasib mereka perlu dikongsi. Atau, untuk menggunakan istilah fizik, terjerat.

Di sinilah cabaran datang.

Terdapat cara yang agak mudah untuk menjerat pasangan foton. Paksa atom untuk memancarkan gelombang cahaya dan kemudian membelahnya menggunakan skrin khas, dan anda akan mendapat dua foton dengan sejarah yang dikongsi.

Walaupun mereka masih dalam penerbangan dengan ciri-ciri masing-masing yang belum diukur, mereka lebih kurang bertindak seperti syiling berputar itu. Akhirnya, satu akan muncul kepala, dan ekor yang lain.

Menjerat lebih daripada dua foton menjadi lebih mencabar.

Eksperimen dengan objek yang dipanggil titik kuantum telah berjaya menjerat rantai tiga hingga empat foton. Ia bukan sahaja tidak mungkin menghasilkan ratusan dan ribuan yang diperlukan untuk a komputer kuantumkeadaan kekusutan menggunakan pendekatan ini tidak boleh dipercayai seperti yang diingini oleh jurutera.

Kajian terbaru menggunakan atom dengan orbital elektron besar, dipanggil atom Rydberg, telah menghasilkan sehingga enam foton terjerat, semuanya dalam bentuk terjerat dengan cekap. Walaupun kaedah ini boleh menghasilkan komponen pengkomputeran yang sangat pantas, ia juga bukan pilihan yang mudah berskala.

Penyelesaian terbaharu ini, secara teori, boleh menghasilkan sebarang bilangan foton terjerat, semuanya dalam keadaan ideal.

“Helah untuk eksperimen ini ialah kami menggunakan satu atom untuk memancarkan foton dan menjalinnya dengan cara yang sangat spesifik,” berkata pelajar kedoktoran fizik dan pengarang utama Philip Thomas.

Atom rubidium digelitik untuk memancarkan gelombang cahaya, yang disalurkan ke dalam rongga berbentuk untuk memantulkannya ke belakang dan ke belakang dengan cara yang sangat tepat.

Dengan memperhalusi cara rubidium bercahaya dengan sempurna, setiap foton boleh terjerat dengan keadaan keseluruhan atom – bermakna setiap foton yang melantun ke sana ke mari dalam rongga telah terjerat dengan sejumlah besar adik-beradiknya juga.

“Oleh kerana rantaian foton muncul daripada satu atom, ia boleh dihasilkan dengan cara yang pasti,” berkata Thomas.

Dalam kes ini, pasukan itu berjaya menjerat 12 foton dalam kelompok linear yang kurang cekap, dan 14 dalam gugusan yang berharga. Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ) negeri.

“Untuk pengetahuan kami yang terbaik, 14 zarah cahaya yang saling berkaitan adalah bilangan foton terjerat terbesar yang telah dihasilkan di makmal setakat ini,” kata Thomas.

Bukan sahaja mereka dapat menjerat begitu banyak foton, kecekapan kaedah ini bertambah baik pada proses yang lalu, dengan hampir satu daripada setiap dua foton menyediakan qubit terjerat dengan kemas.

Persediaan masa hadapan perlu memperkenalkan atom kedua untuk menyediakan qubit yang diperlukan untuk banyak operasi pengkomputeran kuantum. Mempunyai foton terjerat pada paip boleh menyediakan asas untuk teknologi di luar pengkomputeran, menduduki peranan utama dalam komunikasi yang disulitkan kuantum.

Penyelidikan ini diterbitkan dalam alam semula jadi.

We would like to thank the writer of this short article for this incredible material

Ahli Fizik Kuantum Mencipta Rekod Baharu Untuk Menjerat Foton Bersama


We have our social media pages here and additional related pages here.https://paw6.info/related-pages/