Lentäviä optisia kissoja kvanttiviestintään

25.01.2019

Max-Planck-Schrodinger-kissa-valo-aine-300-t.jpgSchrödingerin kissa on lomittunut atomin kanssa. Jos atomi on virittynyt, kissa on elossa. Jos se on purkautunut, kissa on kuollut. Kokeessa valopulssi edustaa kahta tilaa (huiput) ja voi olla molempien superpositiossa, aivan kuten kissa. 

Max Planck Institute of Quantum Opticsin tutkijat ovat toteuttaneet Erwin Schrödingerin paradoksaalisen kissakoeidean, tällä kertaa käyttäen atomin ja valon lomittunutta tilaa.

Siitä lähtien kun Schrödinger ehdotti "kissa paradoksia", fyysikot ovat pähkäilleet tapoja luoda tällaisia superpositiotiloja kokeellisesti.

Division of Quantum Dynamics osaston johtaja Gerhard Rempen johtama tutkijaryhmä on nyt realisoinut laboratoriossa optisen version Schrödingerin kissasta. Tässä tapauksessa laservalon pulsseilla on kissan rooli. Hankkeesta saadut oivallukset avaavat uusia mahdollisuuksia optisten tilojen tehostetulle hallinnalle, mikä mahdollistaa sen käytön tulevaisuudessa kvanttiviestintään.

Jotta tämä filosofinen kokeilu voitaisiin toteuttaa laboratoriossa, fyysikot ovat tukeutuneet eri mallijärjestelmiin. Tällä kertaa toteutus seuraa teoreetikkojen Wangin ja Duanin vuoden 2005 ehdotusta. Tässä optisen pulssin kahden tilan superpositio toimii kissana. Tämän ehdotuksen toteuttamiseksi kehitettiin vuosien mittaan erityinen optinen resonaattori.

Tutkijat olivat aluksi epäileviä siitä, olisiko mahdollista luoda ja luotettavasti havaita tällaiset kvanttimekaanisesti lomittuneet kissatilat käytettävissä olevan tekniikan avulla. Suurin vaikeus on tarve minimoida optiset häviöt kokeessa. Kun tästä oli päästy yli, kaikkien mittausten havaittiin vahvistavan Schrödingerin ennusteen. Kokeen avulla tutkijat voivat tutkia kvanttimekaniikan soveltamisen laajuutta ja kehittää uusia menetelmiä kvanttiviestintään.

Max-Planck-Schrodinger-kissa-valo-aine-koelaite-300-t.jpgKoerakennelman ytimessä on optinen resonaattori, joka koostuu kahdesta peilistä, joiden välillä on 0,5 mm leveä rako, johon atomi voidaan siepata. Laserpulssi syötetään resonaattoriin ja sen heijastellessa valopulssi on sitten vuorovaikutuksessa atomin kanssa. Tämän seurauksena heijastunut valo lomittuu atomin kanssa.

Suorittamalla sopiva mittaus atomille optinen pulssi voi tulla superposition tilaan, aivan kuten Schrödingerin kissa. Kokeilun eräs erityispiirre on se, että lomittuneet tilat voidaan muodostaa deterministisesti. Toisin sanoen, kissatila voidaan tuottaa joka kokeessa.

”Olemme onnistuneet tuottamaan lentäviä optisia kissatiloja ja osoittaneet, että ne käyttäytyvät kvanttimekaniikan ennusteiden mukaisesti. Nämä havainnot osoittavat, että menetelmä kissatilojen luomiseksi toimii ja antoi meille mahdollisuuden tutkia olennaisia parametreja”, sanoo tohtoriopiskelija Stephan Welte.

”Kokeellisessa asennuksessamme emme ole onnistuneet luomaan vain yhtä tiettyä kissatilaa, vaan mielivaltaisesti monia sellaisia tiloja, joilla on erilaiset superposition vaiheet – niin sanoakseni koko eläintarha. Tätä kykyä voitaisiin tulevaisuudessa hyödyntää kvantti-informaation koodaamiseen”, lisää tohtorikoulutettava Bastian Hacker.

”Schrödingerin kissa on alkujaan suljettu laatikkoon, jotta vältettäisiin vuorovaikutus ympäristön kanssa. Meidän optiset kissatilamme eivät ole laatikossa. Ne etenevät vapaasti avaruudessa. Silti ne pysyvät eristyksissä ympäristöstä ja säilyttävät ominaisuutensa pitkilläkin matkoilla.

Tulevaisuudessa voisimme käyttää tätä teknologiaa kvanttiverkkojen rakentamiseen, joissa lentävät optiset kissatilat välittävät tietoa, Gerhard Rempe sanoo. Tämä korostaa hänen ryhmänsä viimeisimmän saavutuksen merkitystä.

Aiheesta aiemmin:

Verkostoituminen menee kvanttiseksi

Valo ohjaa kahden atomin kvanttilaskentaa

19.07.2019Luminenssilamput kehittyvät
12.07.2019Atomista audiotallennusta
03.07.2019Informaation teleporttausta timantissa
02.07.2019Orgaanisia katodeja tehokkaille akuille
28.06.2019Spintroniikkaa ja muistitekniikkaa
27.06.2019Edistysaskeleita kvanttitietotekniikalle
26.06.2019Oksidimateriaalit kaupallistuvat
25.06.2019Lasertekniikalla grafeenia hyötykäyttöön
24.06.2019Ionitekniikkaa kondensaattoreihin
20.06.2019Tehokkaampia tehopiiritekniikoita
19.06.2019Uutta tekniikkaa 2D-materiaalin venytyksellä
18.06.2019Bioparisto IoDT-sovelluksille
17.06.2019Uusia ovia nanofotoniikan maailmaan
14.06.2019Biologian avulla sähkö varastoon ja hiili kiertoon
13.06.2019Orgaaniset laserdiodit unelmasta todellisuuteen
12.06.2019Uusia ominaisuuksia elektroniikalle
11.06.2019Uusi laite pakkaa enemmän valokuituun
10.06.2019Tutkijat yrittävät luoda ihmisen kaltaista koneajattelua
07.06.2019Vaihtoehtoja elektroniikan vauhdittamiseen
06.06.2019Hiiliseostus muuttaa puolijohtavaa 2D-materiaalia
05.06.2019Hämähäkin aisteja autonomisille koneille
04.06.2019Elektronin geometria määritelty
03.06.2019Fyysikot löytäneet uudenlaisia spin-aaltoja
30.05.2019Pesunkestävää kangaselektroniikkaa
29.05.2019Uusia ratkaisuja kaoottisille värähtelypiireille
27.05.2019Magneettista oppimista tietojenkäsittelyyn
24.05.2019Auttaa robotteja muistamaan
23.05.2019Ultrapuhdas valmistustapa 2D-transistoreille
22.05.2019Erittäin nopeita magneettisia muisteja
21.05.2019Happea akkujen kehitykseen
20.05.2019Neulanreiät hologrammeja tuottamaan
17.05.2019Lasketaan nopeammin kvasihiukkasilla
16.05.2019Kondensaattoreita tulostamalla
15.05.2019Kvanttitietotekniikkaa grafeenin ja piin avulla
14.05.2019Suurtaajuussiirto tehostuu grafeenilla
13.05.2019Aivomaista tietotekniikkaa
11.05.2019Kvanttitason mittauksia
09.05.2019Tehokkaampia muistimateriaaleja
08.05.2019Lämpösähköä spinien tasolta
07.05.2019Suurin ja nopein optinen kytkinpiiri
06.05.2019Tehokkaita lämpöjohteita nanoelektroniikalle
03.05.2019Monenlaista ledien värien hallintaa
02.05.2019Staattinen negatiivinen kondensaattori
30.04.2019Kompaktia pitkäaaltoista viestintää
29.04.2019Nanoklustereista puolijohteita
26.04.2019Uudenlainen spintransistori
25.04.2019Aurinkoa seuraten
24.04.2019Kvanttimateriaali aivojen kaveriksi
23.04.2019Uusia rakenteita Litium-ioni akuille
18.04.2019Spinaaltoja nanoelektroniikkaan
17.04.2019Huonelämpötilassa toimivia keinotekoisia atomeja
16.04.2019Uusi ihmemateriaali: yksittäisiä 2D-fosforeeninauhoja
15.04.2019Eksoottisia kvanttivaikutuksia
12.04.2019Fononeja suunnaten ja laseroiden
11.04.2019Kuparipohjainen vaihtoehto kullalle
09.04.2019Vanhassa vara parempi
08.04.2019Mainoksen esittelyteksti
08.04.2019Tehokkaita ledejä nanolangasta
05.04.2019Nanogeneraattori kankaalle 3D-tulostuksella
03.04.2019Topologiaa valoaalloille
02.04.2019Kolme mittausta yhdellä selluanturilla
01.04.2019Monipuolisia orgaanisia transistoreita
29.03.2019Kvanttisimulointia valolla
28.03.2019Sähköä syöviä mikrobeja
27.03.2019Proteiini tarjoaa vaihtoehtoja ionijohteille
26.03.2019Metamateriaali ratkoo yhtälöitä
25.03.2019Molekyylimoottorit toimivat yhdessä
22.03.2019Laveampaa kvantti-informaation vaihtoa
21.03.2019RF-fotoneja ja kvanttihyppyjä
20.03.2019Säädettävää ja äänennopeaa lämmönjohdetta
19.03.2019Molekyylielektroniikan toimintoja kvantti-interferenssillä
18.03.2019Nesteitä ja molekyylejä sähkön tuottajiksi
15.03.2019Moiré-kuviot tuottavat superhiloja
14.03.2019Kvanttivaloa ja kvanttipisteitä
13.03.2019Kävisikö pii sittenkin akkuanodiksi
12.03.2019DNA-tietotekniikka tehostuu
11.03.2019Kvanttianturi tehostaa syövän hoitoa
08.03.2019Miten olisi magnonielektroniikka?
07.03.2019Spintroniikka näyttää kykynsä
06.03.2019Eriväristen fotonien lomittaminen
05.03.2019Ionisia transistoreita bioelektroniikalle
04.03.2019Valon ansoittaminen kolmiulotteisesti
04.03.2019Muokattava kaistaero grafeenilla
28.02.2019Magneettisuus kääntyy sähkökentällä
27.02.20193D-tulostuksella mekaanisia logiikkaportteja
26.02.2019Kertakäyttöisiä antureita 3D-tulostuksella
25.02.2019Kierteisiä elektroneja ja eksitoneja
25.02.2019Käännetään ledi jäähdyttäjäksi
21.02.2019Monimuotoisia kaksiulotteisia
20.02.2019Huonelämpöinen alusta kvanttiteknologialle
19.02.2019Lisäkalvo tekee litiumioniakuista turvallisia
18.02.2019Uusia materiaaleja elektroniikalle
15.02.2019Elektronien nestettä huonelämpötilassa
14.02.2019Parempaa orgaanista seostusta ja rajapintoja
13.02.2019Eksitoneja, bieksitoneja ja polaritoneja samassa materiaalissa
12.02.2019Muistitekniikan kehityssuuntia
11.02.2019Vähemmän kohinaa
08.02.2019Protoneista akkujen varausten siirtäjä?
07.02.2019Negatiivista kapasitanssia
06.02.2019Grafeeniantureita aivoihin ja mikropiireille

Näytä lisää »