量子ゆらぎが初めて制御されたと光学研究者が語る – Physics World

何もない空間に存在するランダムなエネルギー変動を利用し、印加場で変動にバイアスをかける新しい技術が米国の科学者によって実証された。 研究者らは、この技術はセンシングから確率的光コンピューティングにおける乱数生成まで応用できる可能性があると考えている。

ハイゼンベルクの不確定性原理は、粒子の運動量が完全になくなることを禁止するのと同じように、系がエネルギーを完全に失うことを防ぎます。 したがって、量子力学では、ランダムな周波数での電場の小さな変動によって真空が満たされます。 これらは通常、実験に関連するには小さすぎますが、特定の状況では重要になる可能性があります。

たとえば 2021 年には、理論物理学者 オルツイン・ヘス ダブリン・トリニティ・カレッジの教授と同僚が率いる ホイ・カオ コネチカット州のイェール大学では、これらの変動を利用して、マルチモード レーザーから乱数発生器を生成しました。 「当時私たちが使用していたレーザーの説明では、多くのモードの相互作用から生じる予測不可能性と鼓動を説明していました」とヘス氏は説明します。 「しかし、それは量子ゆらぎの収集を可能にする非常に興味深い結果でした。」

ランダムな困難

暗号化やコンピューター シミュレーションでは広く使用されているにもかかわらず、真の乱数のセットを生成するのが難しいことで知られています。 このため、Cao と Hess の研究は量子光学の分野以外でも非常に興味深いものとなっています。

マサチューセッツ工科大学 (MIT) の研究者らは、新しい研究でこの概念をさらに一歩進め、外部信号を加えて量子ゆらぎに干渉し、この干渉の影響を測定しました。 ヤニック・サラミン チャールズ・ロケス-カルメス 博士らは、ニオブ酸リチウム結晶を光空洞内に配置し、レーザーからの光子で励起した。 これにより結晶内に励起状態が生成され、励起状態が崩壊してポンプ光子のエネルギーのちょうど半分の XNUMX つの光子を生成しました。

「これらの光子の位相は、真空の変動によって引き起こされるため、完全にランダムです」とサラミン氏は説明します。「しかし、光子は空洞内を循環し、次の光子が来ると、同じ光子にエネルギーを与えることができます。」そしてそれを増幅させます。 しかし、効果の物理的性質により、増幅できるのは XNUMX つの可能なフェーズのみです。」

分岐遷移

光子は最初は両方の位相で増幅されますが、システムは「分岐遷移」を起こし、損失を克服するのに十分なエネルギーがそのモードに蓄積されるとすぐにどちらかのモードを選択します。 「定常状態に入れば、結果は決まっています」と Roques-Carmes 氏は説明します。 「新しいサンプルを取得したい場合は、プロセス全体をやり直し、真空分布に戻り、分岐を再度通過する必要があります。」と彼は付け加えました。

外部バイアスが適用されなかった場合、キャビティは XNUMX つの可能なモードのいずれかになる可能性が等しく、試行を繰り返した後の結果のさまざまな組み合わせの相対頻度は完全なガウス分布を形成しました。 次に研究者らは、真空変動程度になるまで減衰させたパルス電磁場を印加した。 彼らは、システムがいずれかの状態に落ち着く可能性はあるものの、一方の状態をもう一方の状態よりも選択する確率にバイアスがかかる可能性があることを発見しました。 より強いバイアスを適用すると、システムは一貫して同じ状態を選択しました。

指先にフィットする高速量子乱数発生器

チームは現在、確率的コンピューティングを含む可能性のあるアプリケーションを研究中です。 「一般的な考え方は、多くの p ビット [確率ビット] を結合することで、p コンピューターを構築できるということです」と Roques-Carmes 氏は言います。 「不確実性をエンコードできるようにしたい科学分野は数多くあります。私たちは、このフォトニック p ビットをフォトニック処理ユニットに組み込むことを計画しています。」 研究では、微弱な電場に対するシステムの応答性を利用してセンサーを作成する可能性も調査されています。

研究はで説明されています 科学 ヘス氏は論文に記載されている結果に熱心に取り組んでいます。 「これは非常に例外的です。なぜなら、何もないまま物事にバイアスをかけているようなものだからです」と、この最新作には関わっていないヘスは言う。 「私が感心したのは、彼らが原稿の書き方が非常に優れているということです。彼らは原稿をラムやパーセルなどのレーザー科学の巨匠たちと非常に強く結び付けており、ホーキング博士やウンルーを引用しています。 1950 年代と 1960 年代には、これらのプロセスがどれだけ発生し、変動が発生する場所によってどのように変化するのかは実際には明らかではありませんでした...これを使用できるアプリケーションは他にもたくさんありますが、基本的な観点から私はたとえ何らかの偏りがあったとしても、量子統計は依然として量子統計であることを実験的に示したという事実にただただ感銘を受けました。」

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• PlatoData.Network 垂直生成 Ai。 自分自身に力を与えましょう。 こちらからアクセスしてください。
• プラトアイストリーム。 Web3 インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンESG。 自動車/EV、 カーボン、 クリーンテック、 エネルギー、 環境、 太陽、 廃棄物管理。 こちらからアクセスしてください。
• ブロックオフセット。 環境オフセット所有権の近代化。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://physicsworld.com/a/quantum-fluctuations-are-controlled-for-the-first-time-say-optics-researchers/