エンタングルメントは、量子情報科学において重要な役割を果たします。 これは、多数の数学的演算を同時に実行できる量子コンピューターで使用できます。 量子コンピューターを効率的に使用するには、絡み合った多くの粒子が連携して動作する必要があります。 それらは計算に不可欠な要素であり、いわゆるキュービットです。
の物理学者のチーム マックスプランク研究所 Garching の Quantum Optics のチームは、単一の原子から放出される光子を使用して、このタスクを初めて実証しました。 それらは、光共振器内で最大 14 個の絡み合った光子を生成することができ、対象を絞った非常に効率的な方法で特定の量子物理状態に準備することができます。 新しい方法により、強力で堅牢な量子コンピューターの構築が可能になり、将来的には安全なデータ伝送に役立つ可能性があります。
チームが最大14を生成したのはこれが初めてです もつれた光子 定義された方法で、高効率で。
ミュンヘン近郊のガルヒングにあるマックス プランク量子光学研究所 (MPQ) の博士課程の学生である Philip Thomas 氏は、次のように述べています。 「この実験の秘訣は、単一の原子を使用して光子を放出し、それらを非常に特殊な方法で織り交ぜることでした。 これを行うために、ルビジウム原子を光学キャビティの中心に配置しました。これは、電磁波のエコー チャンバーです。 原子の状態は、特定の周波数のレーザー光で正確に扱うことができました。 追加の制御パルスを使用して、研究者は原子の量子状態と絡み合った光子の放出も具体的に引き起こしました。」
「私たちはこのプロセスを数回繰り返し、事前に決められた方法で行いました。 その間に、原子は特定の方法で操作されました。専門用語で言えば、回転です。 このようにして、最大 14 個の光粒子のチェーンを作成し、原子の回転によって絡み合い、目的の状態にすることができました。」
「私たちの知る限り、14個の相互接続された光粒子は、これまでに実験室で生成された最大数の絡み合った光子です。」
「光子の連鎖は単一の原子から発生したため、決定論的に生成することができました。 これは、原則として、各制御パルスが目的の特性を持つ光子を提供することを意味します。 これまで、光子のエンタングルメントは通常、特別な非線形結晶で行われていました。 欠点は、光の粒子がランダムに作成され、制御できないことです。 これにより、集合状態に束ねられる粒子の数も制限されます。」
科学者が使用した方法では、絡み合った光子をいくつでも生成できます。 また、効率的です。生成された光子鎖を測定することにより、ほぼ 50% の効率を証明しました。
トーマス と, 「これは、ルビジウム原子のほぼ毎秒の「ボタンを押す」ことで、以前の実験で達成されたよりもはるかに多くの使用可能な光粒子を提供したことを意味します。」
ゲルハルト・レンペ監督は、 「全体として、私たちの取り組みは、スケーラブルな測定ベースへの道のりにおける長年の障害を取り除きます。 量子コンピューティングに設立された地域オフィスに加えて、さらにローカルカスタマーサポートを提供できるようになります。」
MPQ の研究者は、もう XNUMX つの障害を取り除きたいと考えています。 たとえば、複雑なコンピューター操作では、共振器内の光子源として XNUMX つの原子が必要になります。 量子物理学者によると、二次元クラスター状態があります。
フィリップ・トーマスは、 「私たちはすでにこの課題に取り組んでいます。」
ジャーナルリファレンス：
- Thomas、P.、Ruscio、L.、Morin、O.ら。 単一原子からエンタングルされた多光子グラフ状態を効率的に生成。 自然 608、677〜681（2022）。 DOI： 10.1038/s41586-022-04987-5
