Entanglementul joacă un rol crucial în știința informației cuantice. Poate fi folosit într-un computer cuantic care poate efectua simultan numeroase operații matematice. Pentru a utiliza eficient un computer cuantic, multe particule încurcate trebuie să lucreze împreună. Sunt elementele esențiale pentru calcule, așa-numiții qubiți.
O echipă de fizicieni de la Institutul Max Planck de Optica cuantică din Garching a demonstrat acum, pentru prima dată, această sarcină cu fotoni emiși de un singur atom. Ei ar putea genera până la 14 fotoni încâlciți într-un rezonator optic, care pot fi pregătiți în stări fizice cuantice specifice într-un mod țintit și foarte eficient. Noua metodă ar putea permite construirea de computere cuantice puternice și robuste și ar putea servi transmisiei de date sigure în viitor.
Este prima dată când echipa a generat până la 14 fotoni încâlciți într-un mod definit și cu eficiență ridicată.
Philip Thomas, doctorand la Institutul Max Planck de Optică Cuantică (MPQ) din Garching, lângă München, a spus: „Smecheria acestui experiment a fost că am folosit un singur atom pentru a emite fotonii și a-i împletește într-un mod foarte specific. Pentru a face acest lucru, am plasat un atom de rubidiu în centrul unei cavități optice - o cameră de ecou pentru unde electromagnetice. Starea atomului ar putea fi abordată cu precizie cu lumină laser de o anumită frecvență. Folosind un impuls de control suplimentar, cercetătorii au declanșat în mod specific emisia unui foton încurcat cu starea cuantică a atomului.”
„Am repetat acest proces de mai multe ori și într-un mod determinat în prealabil. Între timp, atomul a fost manipulat într-un anumit fel – în jargon tehnic: rotit. În acest fel, a fost posibil să se creeze un lanț de până la 14 particule ușoare încurcate de rotațiile atomice și aduse în starea dorită.”
„Din câte știm, cele 14 particule de lumină interconectate sunt cel mai mare număr de fotoni încâlciți generați în laborator până acum.”
„Deoarece lanțul de fotoni a apărut dintr-un singur atom, a putut fi produs în mod determinist. Aceasta înseamnă: că, în principiu, fiecare impuls de control eliberează un foton cu proprietățile dorite. Până acum, încâlcerea fotonilor avea loc de obicei în cristale speciale, neliniare. Neajuns: particulele de lumină sunt create aleatoriu și într-un mod care nu poate fi controlat. Acest lucru limitează, de asemenea, numărul de particule grupate într-o stare colectivă.”
Metoda folosită de oamenii de știință permite generarea oricărui număr de fotoni încâlciți. De asemenea, este eficient: am dovedit eficiența de aproape 50 la sută prin măsurarea lanțului de fotoni produs.
Thomas a spus, „Aceasta înseamnă că aproape fiecare secundă „apăsare de buton” pe atomul de rubidiu a furnizat o particulă de lumină utilizabilă – mult mai mult decât s-a obținut în experimentele anterioare.”
Regizorul Gerhard Rempe a spus: „Per total, munca noastră îndepărtează un obstacol de lungă durată pe calea către scalabilitate, bazată pe măsurare cuantic calcul. "
Cercetătorii de la MPQ vor să scape de încă un obstacol. De exemplu, doi atomi ar fi necesari ca surse de fotoni în rezonator pentru operațiuni complexe de calculator. Există o stare de cluster bidimensională, conform fizicienilor cuantici.
Philip Thomas a spus: „Lucrăm deja la abordarea acestei sarcini.”
Referința jurnalului:
- Thomas, P., Ruscio, L., Morin, O. et al. Generarea eficientă a stărilor grafice multifotonice încurcate dintr-un singur atom. Natură 608, 677–681 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04987-5
