Kätevää valon ja aineen vuorovaikutusta

Kvanttitietokoneet eivät ole enää vain teoreettinen käsite. Viime vuosina tutkijat ovat testailleet laboratoriossaan erilaisia rakennelohkoja tulevaisuuden kvanttitietokoneelle.

Niin kvanttitietokone kuin kvanttiverkkokin tarvitsevat rajapintoja joiden kautta informaatiota voidaan siirtää prosessorin ja muistin välillä.

Sekä Innsbruckin että Bonnin yliopistoissa toimineet fyysikot ovat nyt osoittaneet miten tällainen informaation vaihto voitaisiin toteuttaa hyödyntämällä kvanttipisteissä ilmeneviä valon ja aineen vuorovaikutuksia.

Innsbruckissa esitettiin jo vuonna 2013, että ansoitettuun ioniin tallennettua kvantti-informaatiota voidaan deterministisesti sijoittaa fotoniin eli valokvanttiiin.

Näin syntyi rajapinta mahdollisten kvanttiprosessorien ja valokuitupohjaisien viestintäkanavien välille. Nyt fyysikot ovat parantaneet tätä rajapintaa ja saaneet koodatun fotonin syntymään tehostetusti eli lähes kaksi kertaa niin nopeasti kuin aiemmassa kokeessa.

Kuvassa esiintyvät kaksi hiukkasta on sijoitettu erittäin heijastavien peilien väliin ja ne lomittuvat toisiinsa laserin avulla. Apulaserilla sitten koodataan kvantti-informaatiota ioneihin ja siirretään sitten informaatiota yksittäiseen fotoniin. (Graphic: U. Innsbruck)

Kokeissaan fyysikot pystyivät myös luomaan myös fotonia tukahduttavia tiloja. Tutkijoiden mukaan nämä tilat ovat kiinnostavia, koska tallennettu informaatio on näkymätön rakenteen resonaattorille, ja siinä mielessä se on suojattua.

Vastaavanlaisessa Bonnin yliopiston tutkimuksessa käytettiin kahta magneettisoptiseen peilionteloon ansoitettua neutraalia cesium-atomia. Rakenteesta seurattiin atomin sirontaa ja löydettiin todisteita sekä tehostetusta että tukahdutetusta emissiosta, riippuen siitä kuinka kaukana ​​atomit olivat toisistaan ontelossa.