Fluktuasi kuantum dikendalikan untuk pertama kalinya, kata peneliti optik – Physics World

Sebuah teknik baru untuk mengeksploitasi fluktuasi energi acak yang ada di ruang kosong dan membiaskan fluktuasi dengan medan terapan telah didemonstrasikan oleh para ilmuwan AS. Para peneliti percaya teknik ini dapat diterapkan mulai dari penginderaan hingga pembuatan angka acak dalam komputasi optik probabilistik.

Sama seperti ia melarang sebuah partikel kehilangan momentum sama sekali, prinsip ketidakpastian Heisenberg mencegah sebuah sistem dari ketiadaan energi sama sekali. Oleh karena itu, dalam mekanika kuantum, ruang hampa dihuni oleh fluktuasi kecil di medan listrik pada frekuensi acak. Ini biasanya terlalu kecil untuk relevan secara eksperimental, tetapi dalam situasi tertentu mereka bisa menjadi penting.

Tahun 2021, misalnya, fisikawan teoretis Ortwin Hess dari Trinity College Dublin dan rekan-rekannya dipimpin oleh Hui Cao di Universitas Yale di Connecticut memanfaatkan fluktuasi ini untuk menghasilkan generator angka acak dari laser multi-mode. “Dalam deskripsi laser yang kami gunakan saat itu, [kami menjelaskan] ketidakpastian dan pukulan yang dihasilkan dari banyak mode yang berinteraksi,” jelas Hess; "Tapi itu adalah konsekuensi yang sangat menarik yang memungkinkan pemanenan fluktuasi kuantum."

Kesulitan acak

Meskipun digunakan secara luas dalam kriptografi dan simulasi komputer, kumpulan bilangan acak sebenarnya sangat sulit dibuat. Ini membuat karya Cao dan Hess sangat diminati di luar bidang optik kuantum.

Dalam karya baru, para peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT) mengambil konsep ini selangkah lebih maju dengan menerapkan sinyal eksternal untuk mengganggu fluktuasi kuantum dan mengukur efek gangguan ini. Yannik Salamin, Charles Roques-Carmes dan rekannya menempatkan kristal lithium niobate di rongga optik dan memompanya dengan foton dari laser. Ini menghasilkan keadaan tereksitasi dalam kristal yang meluruh untuk menghasilkan dua foton yang persis setengah energi foton pompa.

“Fase yang dimiliki foton ini benar-benar acak karena dipicu oleh fluktuasi vakum,” jelas Salamin, “tetapi sekarang foton akan bersirkulasi di dalam rongga dan, ketika foton berikutnya datang, ia dapat memberi energi pada foton yang sama. dan memperkuatnya. Tetapi karena sifat fisik dari efeknya, hanya dua kemungkinan fase yang dapat diperkuat.”

Transisi bifurkasi

Foton awalnya diperkuat dengan kedua fase, tetapi sistem mengalami "transisi bifurkasi" dan memilih satu mode atau lainnya segera setelah cukup energi terakumulasi dalam mode tersebut untuk mengatasi kerugian. “Begitu Anda berada dalam kondisi mapan, hasilnya tetap,” jelas Roques-Carmes. “Jika Anda ingin mendapatkan sampel baru, Anda harus memulai kembali seluruh proses, kembali ke distribusi vakum dan melalui bifurkasi lagi,” tambahnya.

Ketika tidak ada bias eksternal yang diterapkan, rongga kemungkinan besar akan berakhir di salah satu dari dua mode yang mungkin, dan frekuensi relatif dari berbagai kombinasi hasil setelah percobaan berulang membentuk distribusi Gaussian yang sempurna. Para peneliti kemudian menerapkan medan elektromagnetik berdenyut yang dilemahkan hingga berada di urutan fluktuasi vakum. Mereka menemukan bahwa, meskipun sistem masih dapat menetap di salah satu keadaan, mereka dapat membiaskan probabilitas bahwa ia akan memilih satu keadaan di atas yang lain. Saat mereka menerapkan bias yang lebih kuat, sistem secara konsisten memilih status yang sama.

Generator bilangan acak kuantum cepat pas di ujung jari

Tim tersebut sekarang mempelajari aplikasi yang mungkin, termasuk komputasi probabilistik. “Gagasan umumnya adalah dengan menggabungkan banyak p-bit [probabilistic bits] bersama-sama kita dapat membuat komputer-p,” kata Roques-Carmes. “Ada banyak bidang sains di mana Anda ingin dapat menyandikan ketidakpastian… Kami berencana untuk mengambil p-bit fotonik ini dan memasukkannya ke dalam unit pemrosesan fotonik.” Penelitian ini juga menyelidiki kemungkinan menggunakan daya tanggap sistem terhadap medan listrik kecil untuk menghasilkan sensor.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Ilmu dan Hess tertarik pada hasil yang dijelaskan di koran. “Ini sangat luar biasa, karena hampir seperti Anda membiaskan sesuatu tanpa apa-apa,” kata Hess, yang tidak terlibat dalam karya terbaru ini. “Yang membuat saya terkesan adalah bahwa mereka memiliki cara penulisan manuskrip yang sangat bagus – mereka menghubungkannya dengan sangat kuat dengan beberapa master besar ilmu laser seperti Lamb dan Purcell – mereka mengutip Hawking dan Unruh. Pada tahun 1950-an dan 1960-an benar-benar tidak jelas berapa banyak dari proses ini terjadi dan bagaimana fluktuasi dapat diubah di mana mereka terjadi… Ada lebih banyak aplikasi di mana orang dapat menggunakan ini, tetapi dari sudut pandang fundamental saya' Saya hanya terkesan dengan fakta bahwa mereka telah menunjukkan secara eksperimental bahwa statistik kuantum tetaplah statistik kuantum meskipun bias dalam beberapa hal.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Otomotif / EV, Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• BlockOffset. Modernisasi Kepemilikan Offset Lingkungan. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/quantum-fluctuations-are-controlled-for-the-first-time-say-optics-researchers/