Kvantkõikumisi kontrollitakse esimest korda, väidavad optikauurijad – Physics World

USA teadlased on demonstreerinud uut tehnikat tühjas ruumis esinevate juhuslike energiakõikumiste ärakasutamiseks ja kõikumiste kallutamiseks rakendusväljaga. Teadlased usuvad, et seda tehnikat võib kasutada tõenäosuslikus optilises andmetöötluses alates tuvastamisest kuni juhuslike arvude genereerimiseni.

Nii nagu see keelab osakesel täielikult hoo maha võtta, takistab Heisenbergi määramatuse printsiip süsteemi täielikku energiapuudust. Seetõttu täidavad kvantmehaanikas vaakumit väikesed elektrivälja kõikumised juhuslikel sagedustel. Need on tavaliselt liiga väikesed, et olla eksperimentaalselt asjakohased, kuid teatud olukordades võivad need muutuda oluliseks.

2021. aastal näiteks teoreetiline füüsik Ortwin Hess Trinity College Dublin ja kolleegid eesotsas Hui Cao Connecticuti Yale'i ülikoolis kasutas neid kõikumisi mitmerežiimilise laseriga juhuslike arvude generaatori loomiseks. "Toona kasutatud laserkirjelduses [kirjeldasime] ettearvamatust ja lööki, mis tuleneb paljude režiimide koostoimest," selgitab Hess; "aga see oli väga huvitav tagajärg, mis võimaldas kvantkõikumisi koguda."

Juhuslikud raskused

Vaatamata laialdasele kasutamisele krüptograafias ja arvutisimulatsioonides, on tõeliste juhuslike arvude komplektide loomine kurikuulsalt keeruline. See teeb Cao ja Hessi töödest suurt huvi väljaspool kvantoptika valdkonda.

Uues töös võtsid Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) teadlased selle kontseptsiooni sammu edasi, rakendades kvantkõikumiste häirimiseks välist signaali ja mõõtes nende häirete mõju. Yannick Salamin, Charles Roques-Carmes ja kolleegid asetasid liitiumniobaadi kristalli optilisse õõnsusse ja pumpasid selle laseri footonitega. See tekitas kristallis ergastatud olekud, mis lagunedes tekitasid kaks footonit, mille energia on täpselt poole pumba footonite energiast.

"Nende footonite faas on täiesti juhuslik, kuna need vallanduvad vaakumi kõikumised," selgitab Salamin, "aga nüüd hakkab footon õõnsuses ringlema ja kui järgmine footon tuleb, võib see anda energiat samale footonile. ja võimendada seda. Kuid efekti füüsilise olemuse tõttu saab võimendada ainult kahte võimalikku faasi.

Bifurkatsiooni üleminek

Esialgu võimendatakse footoneid mõlema faasiga, kuid süsteem läbib "bifurkatsioonisiirde" ja valib ühe või teise režiimi niipea, kui selles režiimis koguneb piisavalt energiat kadude ületamiseks. "Kui olete püsiseisundis, on tulemus fikseeritud," selgitab Roques-Carmes. "Kui soovite saada uut proovi, peate kogu protsessi taaskäivitama, minema tagasi vaakumjaotuse juurde ja uuesti läbima bifurkatsiooni," lisab ta.

Kui välist kallutatust ei rakendatud, sattus õõnsus võrdselt tõenäoliselt mõlemasse võimalikku režiimi ja erinevate tulemuste kombinatsioonide suhtelised sagedused pärast korduvaid katseid moodustasid täiusliku Gaussi jaotuse. Seejärel rakendasid teadlased impulss-elektromagnetvälja, mida nõrgestati, kuni see oli vaakumi kõikumiste järjekorras. Nad leidsid, et kuigi süsteem võib siiski asuda mõlemasse olekusse, võivad nad kallutada tõenäosust, et see valib ühe oleku teisele. Kui nad rakendasid tugevamat eelarvamust, valis süsteem järjekindlalt sama oleku.

Kiire kvant-juhuslike arvude generaator mahub sõrmeotsa

Meeskond uurib praegu võimalikke rakendusi, sealhulgas tõenäosusarvutust. "Üldidee on see, et paljude p-bittide [tõenäosuslike bittide] ühendamisega saame luua p-arvuti," ütleb Roques-Carmes. "On palju teadusvaldkondi, kus soovite ebakindlust kodeerida... Plaanime võtta selle fotoonilise p-biti ja integreerida selle fotoonilise töötlusüksusega." Uurimistöös uuritakse ka võimalust kasutada anduri tootmiseks süsteemi tundlikkust väikestele elektriväljadele.

Uuringut kirjeldatakse artiklis teadus ja Hess on huvitatud artiklis kirjeldatud tulemustest. "See on üsna erandlik, sest see on peaaegu nii, et te kallutate asju mitte millegita," ütleb Hess, kes ei osalenud selles viimases töös. „Mulle avaldas muljet see, et neil on väga tore viis käsikirja kirjutada – nad seovad selle väga tugevalt mõne laserteaduse suurmeistriga, nagu Lamb ja Purcell –, nad viitavad Hawkingile ja Unruhile. 1950ndatel ja 1960ndatel polnud tõesti selge, kui paljud neist protsessidest tekkisid ja kuidas kõikumisi saab muuta nende toimumiskoha järgi... Seda saab kasutada palju rohkem rakendusi, kuid põhimõttelisest vaatenurgast ma Mulle avaldab lihtsalt muljet tõsiasi, et nad on eksperimentaalselt näidanud, et kvantstatistika on ikkagi kvantstatistika, isegi kui see on mingil moel kallutatud.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Autod/elektrisõidukid, Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• BlockOffsets. Keskkonnakompensatsiooni omandi ajakohastamine. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/quantum-fluctuations-are-controlled-for-the-first-time-say-optics-researchers/