Các photon vi sóng bị vướng víu với các photon quang học – Physics World

Các nhà nghiên cứu ở Áo đã chứng minh một giao thức cho sự vướng víu của các photon vi sóng và quang học. Điều này có khả năng giúp khắc phục một trong những vấn đề trọng tâm trong việc hình thành mạng internet lượng tử bằng cách cho phép các mạch tần số vi ba trao đổi thông tin lượng tử thông qua sợi quang.

Tầm nhìn trung tâm làm nền tảng cho Internet lượng tử - lần đầu tiên được đưa ra vào năm 2008 bởi Jeff Kimble của Caltech ở Hoa Kỳ – là các bộ xử lý lượng tử được nối mạng có thể trao đổi thông tin lượng tử, giống như các máy tính cổ điển trao đổi thông tin cổ điển qua Internet. Tuy nhiên, việc truyền thông tin lượng tử khó khăn hơn nhiều vì tiếng ồn xung quanh có thể phá hủy sự chồng chất lượng tử trong một quá trình gọi là sự mất kết hợp.

Nhiều máy tính lượng tử mạnh nhất hiện có, chẳng hạn như Osprey của IBM, sử dụng qubit siêu dẫn. Chúng hoạt động ở tần số vi sóng, khiến chúng cực kỳ dễ bị phá vỡ bởi bức xạ nhiệt nền – và giải thích tại sao chúng cần được giữ ở nhiệt độ đông lạnh. Nó cũng làm cho việc truyền thông tin giữa các qubit siêu dẫn trở nên cực kỳ khó khăn. “[Một cách] là xây dựng các liên kết siêu lạnh,” giải thích Johannes Fink của Viện Khoa học và Công nghệ Áo ở Klosterneuburg. “Kỷ lục chỉ là xuất bản năm Thiên nhiên [qua Nhóm của Andreas Wallraff tại ETH Zurich ở Thụy Sĩ và các đồng nghiệp]: 30 m ở 10–50 mK – có một số thách thức đối với việc mở rộng quy mô.” Ngược lại, ông nói, “sợi quang hoạt động thực sự tốt cho việc liên lạc – chúng tôi sử dụng nó mọi lúc khi lướt Internet”.

tải nạp lượng tử

Do đó, một sơ đồ theo đó thông tin lượng tử có thể được truyền giữa các qubit vi sóng bằng cách gửi các photon xuống các sợi quang sẽ cực kỳ có giá trị. Cách tiếp cận trực tiếp nhất là tải nạp lượng tử, trong đó, bằng sự tương tác với một photon thứ ba, một photon vi sóng được chuyển đổi ngược thành một photon quang học có thể được gửi dọc theo sợi quang.

Thật không may, việc triển khai thực tế của quy trình này cũng gây ra cả mất mát và tiếng ồn: “Bạn gửi mười photon và có thể chỉ một trong số chúng được chuyển đổi… và có thể thiết bị của bạn bổ sung thêm một số photon do trời nóng hoặc vì lý do nào đó,” tiến sĩ Fink cho biết. học sinh Rishabh Sahu, đồng tác giả đầu tiên của bài báo mô tả nghiên cứu mới nhất này. “Cả hai điều này đều làm giảm độ trung thực của quá trình truyền tải.”

Một cách khác để truyền thông tin lượng tử được gọi là dịch chuyển tức thời lượng tử và lần đầu tiên được chứng minh bằng thực nghiệm vào năm 1997 bởi nhóm của Anton Zeilinger tại Đại học Innsbruck – nhóm của Zeilinger đã chia sẻ Giải Nobel Vật lý năm 2022. Khi một qubit tương tác với một photon trong một cặp vướng víu, trạng thái lượng tử của chính nó sẽ bị vướng víu với photon thứ hai.

hoán đổi vướng víu

Một mạng lượng tử có thể được tạo ra trong các điều kiện môi trường xung quanh nếu photon thứ hai này có thể truyền xuống một sợi quang có suy hao thấp để tương tác với một photon truyền được chuẩn bị giống hệt nhau từ một nút mạng thứ hai thông qua cái gọi là phép đo trạng thái Bell. Điều này sẽ thực hiện một “sự hoán đổi vướng víu” giữa các qubit siêu dẫn từ xa.

Các cặp photon vướng víu được tạo ra bởi một quá trình gọi là chuyển đổi giảm tham số tự phát, theo đó một photon tách thành hai. Tuy nhiên, trước đây chưa ai có thể tạo ra một cặp photon vướng víu có năng lượng chênh lệch nhau hơn 10,000 lần. Sự khác biệt này bao gồm một photon ở bước sóng viễn thông quang học khoảng 1550 nm; và một cái khác ở bước sóng vi sóng khoảng 3 cm.

Nhóm của Fink đã bơm một bộ cộng hưởng quang học lithium niobate là một phần của bộ cộng hưởng vi sóng bằng tia laser công suất cao ở các bước sóng viễn thông. Phần lớn ánh sáng laze đơn giản quay trở lại bộ cộng hưởng không thay đổi và được lọc ra. Tuy nhiên, xấp xỉ một photon trên mỗi xung tách thành hai photon vướng víu – một vi sóng và một ở bước sóng chỉ dài hơn một chút so với các photon bơm.

Nguồn sáng vướng víu hoàn toàn trên chip

“Chúng tôi đã xác minh sự vướng víu này bằng cách đo hiệp phương sai của hai dao động trường điện từ. Chúng tôi đã tìm thấy các mối tương quan quang-vi sóng mạnh hơn mức cho phép theo kiểu cổ điển, điều này cho thấy rằng hai trường đang ở trạng thái vướng víu.” nói Lưu Cầu, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ và đồng tác giả đầu tiên trên bài báo mô tả công việc. Các nhà nghiên cứu hiện hy vọng sẽ mở rộng sự vướng víu này sang các qubit và sợi nhiệt độ phòng, thực hiện dịch chuyển tức thời lượng tử và qubit vướng víu trong các tủ lạnh pha loãng riêng biệt.

Alexandre Blais của Université de Sherbrooke ở Canada cộng tác trên Wallraff's Thiên nhiên giấy và anh ấy rất ấn tượng với công việc của Fink và đồng nghiệp, “Thông thường quang học và lò vi sóng không nói chuyện với nhau. Quang học thực sự là năng lượng cao và có xu hướng phá hỏng các đặc tính kết hợp lượng tử của các mạch vi sóng của bạn. Bây giờ [các nhà nghiên cứu] có các photon đứng yên: nếu tôi muốn truyền thông tin đó vào một chiếc tủ lạnh khác, tôi cần truyền thông tin đó vào một photon bay trong sợi quang học, và sẽ có sự mất mát ở đó. Và photon đó sau đó phải di chuyển xuống sợi quang đó, đi vào tủ lạnh thứ hai và thực hiện một số phép thuật…Chúng ta không nên nghĩ rằng điều này khiến mọi thứ trở nên dễ dàng bây giờ – đó mới chỉ là bước khởi đầu, nhưng điều đó không làm giảm chất lượng của thí nghiệm. ”

Nghiên cứu được mô tả trong Khoa học.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoAiStream. Thông minh dữ liệu Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Đúc kết tương lai với Adryenn Ashley. Truy cập Tại đây.
• Mua và bán cổ phần trong các công ty PRE-IPO với PREIPO®. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/microwave-photons-are-entangled-with-optical-photons/