얽힘은 양자 정보 과학에서 중요한 역할을 합니다. 수많은 수학 연산을 동시에 수행할 수 있는 양자 컴퓨터에 사용할 수 있습니다. 양자 컴퓨터를 효율적으로 사용하려면 많은 얽힌 입자가 함께 작동해야 합니다. 그들은 소위 큐비트라고 불리는 계산의 필수 요소입니다.
의 물리학자 팀 막스 플랑크 연구소 Garching의 Quantum Optics는 이제 처음으로 단일 원자에서 방출되는 광자로 이 작업을 시연했습니다. 그들은 광학 공진기에서 최대 14개의 얽힌 광자를 생성할 수 있으며, 이는 표적화되고 매우 효율적인 방식으로 특정 양자 물리적 상태로 준비될 수 있습니다. 새로운 방법은 강력하고 강력한 양자 컴퓨터의 구성을 가능하게 하고 미래에 안전한 데이터 전송을 제공할 수 있습니다.
팀이 최대 14개까지 생성한 것은 이번이 처음입니다. 얽힌 광자 정의된 방식으로 고효율로.
뮌헨 근교 가르칭(Garching)에 있는 막스 플랑크 양자 광학 연구소(Max Planck Institute of Quantum Optics, MPQ) 박사 과정 학생인 필립 토마스(Philip Thomas)는 다음과 같이 말했습니다. “이 실험의 비결은 우리가 단일 원자를 사용하여 광자를 방출하고 매우 특정한 방식으로 엮었다는 것입니다. 이를 위해 우리는 광학 공동(전자파용 에코 챔버)의 중심에 루비듐 원자를 배치했습니다. 원자의 상태는 특정 주파수의 레이저 광으로 정확하게 처리될 수 있습니다. 추가 제어 펄스를 사용하여 연구원들은 또한 원자의 양자 상태와 얽힌 광자의 방출을 구체적으로 촉발했습니다.”
“우리는 이 과정을 사전에 결정된 방식으로 여러 번 반복했습니다. 그 사이에 원자는 특정한 방식으로 조작되었습니다. 기술 용어로 말하자면 회전했습니다. 이런 식으로 원자 회전에 의해 얽힌 최대 14개의 가벼운 입자의 사슬을 만들고 원하는 상태로 만드는 것이 가능했습니다.”
"우리가 아는 한, 14개의 상호 연결된 가벼운 입자는 지금까지 실험실에서 생성된 얽힌 광자 중 가장 많은 수입니다."
“광자 사슬이 단일 원자에서 나왔기 때문에 결정론적으로 생성될 수 있었습니다. 이것은 원칙적으로 각 제어 펄스가 원하는 속성을 가진 광자를 전달한다는 것을 의미합니다. 지금까지 광자의 얽힘은 일반적으로 특수한 비선형 결정에서 발생했습니다. 단점: 가벼운 입자는 제어할 수 없는 방식으로 무작위로 생성됩니다. 이것은 또한 집합적 상태로 묶인 입자의 수를 제한합니다."
과학자들이 사용한 방법을 사용하면 얽힌 광자를 원하는 수만큼 생성할 수 있습니다. 또한 효율적입니다. 생성된 광자 사슬을 측정하여 거의 50%의 효율성을 입증했습니다.
도마 말했다, "이것은 루비듐 원자에 대한 거의 모든 초의 "버튼 누름"이 이전 실험에서 달성된 것보다 훨씬 더 많은 사용 가능한 가벼운 입자를 전달했음을 의미합니다."
게르하르트 렘페 감독은 이렇게 말했다. "결론적으로 우리의 작업은 확장 가능한 측정 기반으로 가는 길에 오랜 장애물을 제거합니다. 양자 컴퓨팅. "
MPQ의 연구원들은 한 가지 장애물을 더 없애고자 합니다. 예를 들어, 복잡한 컴퓨터 작업을 위한 공진기의 광자 소스로 두 개의 원자가 필요합니다. 양자 물리학자들에 따르면 XNUMX차원 클러스터 상태가 있습니다.
필립 토마스가 말했다. “우리는 이미 이 과제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다.”
저널 참조 :
- Thomas, P., Ruscio, L., Morin, O. et al. 단일 원자에서 얽힌 다광자 그래프 상태를 효율적으로 생성합니다. 자연 608, 677-681 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04987-5
