Các nhà nghiên cứu quang học cho biết dao động lượng tử lần đầu tiên được kiểm soát – Physics World

Các nhà khoa học Mỹ đã trình diễn một kỹ thuật mới để khai thác các dao động năng lượng ngẫu nhiên trong không gian trống và làm sai lệch các dao động đó với một trường ứng dụng. Các nhà nghiên cứu tin rằng kỹ thuật này có thể có các ứng dụng từ cảm biến đến tạo số ngẫu nhiên trong tính toán quang xác suất.

Giống như nó ngăn cản một hạt hoàn toàn không có động lượng, nguyên lý bất định của Heisenberg ngăn cản một hệ hoàn toàn không có năng lượng. Do đó, trong cơ học lượng tử, chân không được sinh ra bởi những dao động cực nhỏ trong điện trường ở các tần số ngẫu nhiên. Chúng thường quá nhỏ để có liên quan đến thực nghiệm, nhưng trong những tình huống cụ thể, chúng có thể trở nên quan trọng.

Ví dụ, vào năm 2021, nhà vật lý lý thuyết Ortwin Hess của Trinity College Dublin và các đồng nghiệp do Huệ Cao tại Đại học Yale ở Connecticut đã sử dụng những dao động này để tạo ra một bộ tạo số ngẫu nhiên từ laser đa chế độ. Hess giải thích: “Trong mô tả về laser mà chúng tôi đã sử dụng hồi đó, [chúng tôi đã mô tả] tính không thể đoán trước và nhịp đập do nhiều chế độ tương tác với nhau,” Hess giải thích; “nhưng đó là một hệ quả rất thú vị cho phép thu hoạch các dao động lượng tử.”

Khó khăn ngẫu nhiên

Mặc dù được sử dụng rộng rãi trong mật mã và mô phỏng máy tính, các tập hợp số ngẫu nhiên thực sự rất khó tạo. Điều này làm cho công việc của Cao và Hess rất được quan tâm bên ngoài lĩnh vực quang học lượng tử.

Trong công trình mới, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã đưa khái niệm này tiến thêm một bước bằng cách áp dụng một tín hiệu bên ngoài để can thiệp vào các thăng giáng lượng tử và đo lường tác động của sự giao thoa này. Yannick Salamin, Charles Roques-Carmes và các đồng nghiệp đã đặt một tinh thể lithium niobate trong một hốc quang học và bơm vào đó các photon từ tia laser. Điều này tạo ra các trạng thái kích thích trong tinh thể phân rã để tạo ra hai photon có năng lượng bằng đúng một nửa năng lượng của các photon bơm.

Salamin giải thích: “Pha mà các photon này có là hoàn toàn ngẫu nhiên vì chúng được kích hoạt bởi các dao động chân không, nhưng bây giờ photon sẽ luân chuyển trong khoang và khi photon tiếp theo xuất hiện, nó có thể cung cấp năng lượng cho chính photon đó. và khuếch đại nó. Nhưng do bản chất vật lý của hiệu ứng, chỉ có thể khuếch đại hai giai đoạn khả thi.”

chuyển tiếp phân nhánh

Các photon ban đầu được khuếch đại với cả hai pha, nhưng hệ thống trải qua quá trình “chuyển đổi phân nhánh” và chọn chế độ này hoặc chế độ khác ngay khi tích lũy đủ năng lượng trong chế độ đó để khắc phục tổn thất. Roques-Carmes giải thích: “Một khi bạn ở trạng thái ổn định, kết quả là cố định. Ông nói thêm: “Nếu bạn muốn lấy một mẫu mới, bạn phải khởi động lại toàn bộ quá trình, quay lại phân phối chân không và trải qua quá trình phân nhánh một lần nữa.

Khi không áp dụng sai lệch bên ngoài, khoang có khả năng kết thúc ở một trong hai chế độ có thể như nhau và tần số tương đối của các tổ hợp kết quả khác nhau sau các thử nghiệm lặp đi lặp lại đã tạo thành một phân phối Gaussian hoàn hảo. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã áp dụng một trường điện từ xung bị suy giảm cho đến khi nó theo thứ tự dao động chân không. Họ phát hiện ra rằng, mặc dù hệ thống vẫn có thể ổn định ở một trong hai trạng thái, nhưng họ có thể làm sai lệch xác suất rằng nó sẽ chọn trạng thái này hơn trạng thái kia. Khi họ áp dụng một xu hướng mạnh hơn, hệ thống luôn chọn cùng một trạng thái.

Trình tạo số ngẫu nhiên lượng tử nhanh vừa vặn trên đầu ngón tay

Nhóm hiện đang nghiên cứu các ứng dụng khả thi, bao gồm tính toán xác suất. Roques-Carmes nói: “Ý tưởng chung là bằng cách ghép nhiều p-bit [bit xác suất] lại với nhau, chúng ta có thể xây dựng một máy tính p. “Có nhiều lĩnh vực khoa học mà bạn muốn có thể mã hóa sự không chắc chắn…Chúng tôi dự định lấy p-bit quang tử này và kết hợp nó vào một đơn vị xử lý quang tử.” Nghiên cứu cũng đang tìm hiểu khả năng sử dụng khả năng đáp ứng của hệ thống đối với các điện trường nhỏ để tạo ra một cảm biến.

Nghiên cứu được mô tả trong Khoa học và Hess quan tâm đến các kết quả được mô tả trong bài báo. Hess, người không tham gia vào công việc mới nhất này, cho biết: “Điều này khá đặc biệt, bởi vì nó gần giống như việc bạn thiên vị những thứ không có gì. “Điều làm tôi ấn tượng là họ có cách viết bản thảo rất hay – họ liên kết nó rất chặt chẽ với một số bậc thầy vĩ đại của khoa học laser như Lamb và Purcell – họ trích dẫn Hawking và Unruh. Trong những năm 1950 và 1960, thực sự không rõ có bao nhiêu quá trình này xảy ra và các dao động có thể thay đổi như thế nào tùy theo nơi chúng xảy ra… Có rất nhiều ứng dụng mà người ta có thể sử dụng quy trình này, nhưng từ quan điểm cơ bản thì tôi' Tôi chỉ ấn tượng bởi thực tế là họ đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng thống kê lượng tử vẫn là thống kê lượng tử ngay cả khi nó bị sai lệch theo một cách nào đó.”

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Ô tô / Xe điện, Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• BlockOffsets. Hiện đại hóa quyền sở hữu bù đắp môi trường. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/quantum-fluctuations-are-controlled-for-the-first-time-say-optics-researchers/