Dolaşıklık kuantum bilgi biliminde çok önemli bir rol oynar. Aynı anda çok sayıda matematiksel işlemi gerçekleştirebilen bir kuantum bilgisayarda kullanılabilir. Bir kuantum bilgisayarını verimli bir şekilde kullanmak için birçok dolaşık parçacığın birlikte çalışması gerekir. Bunlar hesaplamalar için gerekli olan ve kübit olarak adlandırılan temel unsurlardır.
Fizikçilerden oluşan bir ekip Max Planck Enstitüsü Garching'deki Quantum Optics firması, ilk kez bu görevi tek bir atom tarafından yayılan fotonlarla gösterdi. Hedefli ve çok verimli bir şekilde belirli kuantum fiziksel durumlara hazırlanabilen bir optik rezonatörde 14'e kadar dolaşmış foton üretebilirler. Yeni yöntem, güçlü ve sağlam kuantum bilgisayarların yapımına olanak tanıyabilir ve gelecekte güvenli veri aktarımına hizmet edebilir.
Ekip ilk kez 14'e kadar sayı üretti dolaşık fotonlar tanımlanmış bir şekilde ve yüksek verimlilikle.
Münih yakınlarındaki Garching'deki Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü'nde (MPQ) doktora öğrencisi olan Philip Thomas şunları söyledi: "Bu deneyin püf noktası, fotonları yaymak ve onları çok özel bir şekilde bir araya getirmek için tek bir atom kullanmamızdı. Bunu yapmak için, elektromanyetik dalgalar için bir yankı odası olan optik boşluğun merkezine bir rubidyum atomu yerleştirdik. Atomun durumu, belirli bir frekanstaki lazer ışığıyla tam olarak belirlenebilir. Araştırmacılar ayrıca ek bir kontrol darbesi kullanarak, atomun kuantum durumuna dolaşmış bir fotonun emisyonunu da özel olarak tetiklediler."
“Bu işlemi defalarca ve önceden belirlediğimiz şekilde tekrarladık. Bu arada atom belli bir şekilde manipüle edildi; teknik jargonda: döndürüldü. Bu sayede atomik dönüşlerle dolanan ve istenilen duruma getirilen 14'e kadar hafif parçacıktan oluşan bir zincir oluşturmak mümkün oldu."
"Bildiğimiz kadarıyla, birbirine bağlı 14 ışık parçacığı, şu ana kadar laboratuvarda üretilen en fazla sayıda dolaşık fotondur."
“Foton zinciri tek bir atomdan ortaya çıktığı için deterministik olarak üretilebiliyordu. Bu şu anlama gelir: Prensip olarak her kontrol darbesi, istenen özelliklere sahip bir foton gönderir. Şimdiye kadar fotonların dolaşıklığı genellikle özel, doğrusal olmayan kristallerde gerçekleşiyordu. Eksiklik: Hafif parçacıklar rastgele ve kontrol edilemeyecek şekilde yaratılmıştır. Bu aynı zamanda kolektif bir duruma toplanan parçacıkların sayısını da sınırlıyor."
Bilim adamlarının kullandığı yöntem, herhangi bir sayıda dolaşık fotonun üretilmesine olanak sağlıyor. Aynı zamanda verimli: Üretilen foton zincirini ölçerek neredeyse yüzde 50 verimli olduğunu kanıtladık.
Thomas şuraya, "Bu şu anlama geliyor: rubidyum atomundaki neredeyse her saniye "bir düğmeye basıldığında" kullanılabilir bir hafif parçacık iletiliyor; önceki deneylerde elde edilenden çok daha fazlası."
Yönetmen Gerhard Rempe şunları söyledi: "Sonuç olarak, çalışmalarımız ölçeklenebilir, ölçüme dayalı üretime giden yolda uzun süredir devam eden bir engeli ortadan kaldırıyor kuantum hesaplama".
MPQ'daki araştırmacılar bir engeli daha ortadan kaldırmak istiyor. Örneğin, karmaşık bilgisayar işlemleri için rezonatörde foton kaynağı olarak iki atom gerekli olacaktır. Kuantum fizikçilerine göre iki boyutlu bir küme durumu vardır.
Philip Thomas şunları söyledi: "Bu görevin üstesinden gelmek için zaten çalışıyoruz."
Dergi Referans:
- Thomas, P., Ruscio, L., Morin, O. ve diğerleri. Tek bir atomdan dolaşmış çoklu foton grafik durumlarının verimli şekilde üretilmesi. Tabiat 608, 677-681 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04987-5
