Valoa, ääntä ja mekaniikkaa kvanttitekniikkaan

Monille uusille kvanttiteknologioille, kuten turvalliselle kvanttiviestinnälle ja kvanttilaskentaan, kvanttilomittuminen on edellytys. Max-Planck-Institute for the Science of Light (MPL) -tutkijat ovat nyt osoittaneet erityisen tehokkaan tavan, jolla fotonit voidaan lomittaa akustisten fononien kanssa.

Tutkijat pystyivät osoittamaan, että tämä lomittuminen sietää ulkoista kohinaa, joka on tavallinen sudenkuoppa mille tahansa kvanttiteknologialle tähän mennessä.

Koska fotonit voivat levitä äärimmäisen nopeasti kantaessaan kvantti-informaatiota, fotoniparien lomittuminen epälineaarisen optiikan avulla on jo vakiintunut menettely.

MPL:n tutkijat ovat äskettäin käsitelleet lomittumista hyvin erilaisten olemusten, kuten liikkuvien fononien ja fotonien välillä. Fotonit ovat kuitenkin haihtuvia. Siksi tietyille sovelluksille etsitään toteuttamiskelpoisia vaihtoehtoja, kuten kvanttimuisti- tai kvanttitoistinmenetelmiä. Yksi tällainen vaihtoehto on akustinen alue, jossa kvantit tallentuvat akustisiin tai ääniaaltoihin.

Ehdotettu optoakustinen lomittumisjärjestelmä perustuu Brillouin-sirontaan. Se on erityisen joustava, soveltuu integroitavaksi kvanttisignaalien käsittelymenetelmiin ja toteutettavissa korkeissa ympäristön lämpötiloissa.

MPL:n tutkijat ovat nyt osoittaneet erityisen tehokkaan tavan, jolla fotonit voidaan lomittaa akustisten fononien kanssa: Vaikka nämä kaksi kvanttia kulkevat pitkin samoja fotonirakenteita, fononit liikkuvat paljon hitaammin. Taustalla oleva vaikutus on optinen epälineaarinen efekti, joka tunnetaan nimellä Brillouin-Mandelstamin sironta. Se on vastuussa kvanttien kytkemisestä olennaisesti erilaisilla energia-asteikoilla.

Mahdollisuus toteuttaa tämä konsepti optisissa kuiduissa tai integroiduissa fotonisissa siruissa tekee tästä mekanismista erityisen kiinnostavan käytettäväksi nykyaikaisissa kvanttiteknologioissa.

ETH Zürichin fyysikkoryhmä on puolestaan rakentanut ensimmäisen toimivan mekaanisen kubitin.

Kubitin toiminnan mahdollistaa voimakas epälineaarinen fononien välinen vuorovaikutus mekaanisessa resonaattorissa. Kytkemällä bulkkiakustisen aaltoresonaattorin suprajohtavaan kubittiin, tutkijat kehittivät parametrijärjestelmän, jossa resonaattorin mekaaninen tila perii suprajohtavan kubitin epälineaariset ominaisuudet, jotka ovat välttämättömiä voimakkaiden fononi-fononi -vuorovaikutusten kannalta.

Luomallaan mekaanisella kubitillaan he esittivät kattavan joukon yhden kubitin operaatioita. Tutkijoiden mukaan lähestymistapa tarjoaa tehokkaan kvanttiakustisen alustan kvanttisimulaatioita, tunnistusta ja tiedonkäsittelyä varten.

Aiheesta aiemmin:

Äänivärähtelyihin perustuva kvanttimuisti

Topologinen fotoni-fononi -läpimurto

Uusi alusta kvantti-informaation käsittelyyn