Mikrolaine footonid on mässitud optiliste footonitega – Physics World

Austria teadlased on demonstreerinud protokolli mikrolaine- ja optiliste footonite põimimiseks. See võib aidata ületada kvantinterneti moodustamise ühe keskse probleemi, võimaldades mikrolainesagedusahelatel vahetada kvantteavet läbi optiliste kiudude.

Kvantinterneti aluseks olev keskne visioon – esmakordselt sõnastas 2008. aastal Jeff Kimble USA-s tegutsev Caltech – on see, et võrku ühendatud kvantprotsessorid saaksid vahetada kvantteavet, samamoodi nagu klassikalised arvutid vahetavad klassikalist teavet Interneti kaudu. Kvantiteabe edastamine on aga palju keerulisem, kuna taustmüra võib hävitada kvantsuperpositsioone protsessis, mida nimetatakse dekoherentsiks.

Paljud kõige võimsamad olemasolevad kvantarvutid, nagu IBMi Osprey, kasutavad ülijuhtivaid kubitte. Need töötavad mikrolaineahju sagedustel, mis muudab need äärmiselt haavatavaks taustsoojuskiirguse häirete suhtes – ja selgitab, miks neid tuleb hoida krüogeensetel temperatuuridel. Samuti muudab see ülijuhtivate kubittide vahelise teabe edastamise äärmiselt keeruliseks. "[Üks võimalus] on ülikülmade linkide loomine," selgitab Johannes Fink Austria teaduse ja tehnoloogia instituudis Klosterneuburgis. «Rekord oli lihtsalt avaldatakse loodus [kõrval Andreas Wallraffi rühm ETH Zürichis Šveitsis ja kolleegid]: 30 m kõrgusel 10–50 mK – sellega on suurendamisel mõningaid väljakutseid. Seevastu ütleb ta, et "kiudoptika töötab suhtluseks väga hästi – me kasutame seda Internetis surfates kogu aeg".

Kvanttransduktsioon

Seetõttu oleks äärmiselt väärtuslik skeem, mille kohaselt saaks kvantteavet mikrolaine kubittide vahel edastada, saates footonid optiliste kiudude kaudu. Kõige otsesem lähenemine on kvanttransduktsioon, mille käigus koostoimel kolmanda footoniga muudetakse mikrolaine footon üles optiliseks footoniks, mida saab saata mööda kiude.

Kahjuks toovad selle protsessi praktilised teostused kaasa nii kadu kui ka müra: "Sa saadad kümme footonit ja võib-olla ainult üks neist muundub... ja võib-olla lisab teie seade mõned ekstra footonid, kuna see oli kuum või mõnel muul põhjusel," ütleb Finki doktorant. õpilane Rishabh Sahu, kes on seda viimast uurimistööd kirjeldava artikli ühine esimene autor. "Mõlemad need vähendavad transduktsiooni täpsust."

Alternatiivset viisi kvantteabe edastamiseks nimetatakse kvantteleportatsiooniks ja seda demonstreeris esmakordselt eksperimentaalselt 1997. aastal Anton Zeilingeri rühm Innsbrucki ülikoolis, mille jaoks Zeilinger jagas 2022. aasta Nobeli füüsikaauhind. Kui kubit interakteerub ühe footoniga takerdunud paaris, takerdub tema enda kvantolek teise footoniga.

Põimumise vahetus

Kvantvõrku saaks luua ümbritseva keskkonna tingimustes, kui see teine ​​footon saaks liikuda mööda madala kadudega optilist kiudu, et suhelda nn Belli oleku mõõtmise kaudu teisest võrgusõlmest pärit identselt ettevalmistatud ülekandefootoniga. See teostaks kaugjuhtivate kubittide vahel "põimumise vahetuse".

Põimunud footonipaarid genereeritakse protsessiga, mida nimetatakse spontaanseks parameetriliseks allamuundamiseks, mille käigus üks footon jaguneb kaheks. Kuid kellelgi polnud varem õnnestunud tekitada takerdunud footonipaari, mille energia erines rohkem kui 10,000 1550 korda. See erinevus hõlmab footonit optilise telekommunikatsiooni lainepikkusel umbes 3 nm; ja teine ​​umbes XNUMX cm mikrolainepikkusel.

Finki rühm pumpas telekommunikatsiooni lainepikkustel suure võimsusega laseriga liitiumniobaadi optilist resonaatorit, mis oli osa mikrolaineresonaatorist. Valdav enamus laservalgusest tuli lihtsalt muutumatul kujul resonaatorist välja ja filtreeriti välja. Kuid ligikaudu üks footon impulsi kohta jagunes kaheks takerdunud footoniks – üheks mikrolaineks ja teiseks lainepikkusel, mis on veidi pikem kui pumba footonid.

Põimunud valgusallikas on täielikult kiibil

"Me kontrollisime seda takerdumist, mõõtes kahe elektromagnetvälja kõikumise kovariante. Leidsime mikrolaine-optilised korrelatsioonid, mis on tugevamad kui klassikaliselt lubatud, mis tähendab, et need kaks välja on takerdunud olekus. ütleb Liu Qiu, järeldoktor ja ühine esimene autor tööd kirjeldaval paberil. Teadlased loodavad nüüd laiendada seda takerdumist kubittidele ja toatemperatuurilistele kiududele, rakendada kvantteleportatsiooni ja kubite põimida eraldi lahjenduskülmikutes.

Alexandre Blais Kanada Sherbrooke'i ülikoolist tegi Wallraff's koostööd loodus paber ja talle avaldab muljet Finki ja kolleegi töö: „Tavaliselt optika ja mikrolaineahjud omavahel ei räägi. Optika on tõesti suure energiatarbega ja kipub rikkuma teie mikrolaineahelate kvantsidususe omadusi. Nüüd on [teadlastel] seisvad footonid: kui ma tahan selle teabe teise külmikusse üle kanda, pean selle teabe üle kandma optilises kius olevasse lendavasse footoni ja seal tekib kadu. Ja see footon peab siis mööda seda kiudu mööda liikuma, sisenema teise külmikusse ja tegema maagiat... Me ei tohiks arvata, et see teeb kõik nüüd lihtsaks – see on alles algus, kuid see ei võta eksperimendi kvaliteeti. ”

Uuringut kirjeldatakse artiklis teadus.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoAiStream. Web3 andmete luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Tuleviku rahapaja Adryenn Ashley. Juurdepääs siia.
• Ostke ja müüge IPO-eelsete ettevõtete aktsiaid koos PREIPO®-ga. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/microwave-photons-are-entangled-with-optical-photons/