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

11.06.2021RAM:ina ja ROM:ina toimivia sirukomponentteja
10.06.2021Kuinka revontulet syntyvät?
09.06.2021Radiotaajuisen signaalin prosessointi akustiseksi
08.06.2021Magnetosähköä ja magnetostriktiota
07.06.2021Itsetietoisia ja omavoimaisia materiaaleja
04.06.2021Insinöörit osoittavat kvanttiedun
03.06.2021Fononinen katalyysi?
02.06.2021Läpimurto magneettisissa 3D-nanorakenteissa
01.06.2021Uusi kulma sähkön tuottamiseksi lämmöstä
31.05.2021Energiatehokkain analogia-digitaalisiru
28.05.2021Helium ja kvanttitietotekniikka
27.05.2021Taikamateriaali moneksi elektroniseksi rakenteeksi
26.05.2021Signaalinkäsittelyä valolla ja ultraäänellä
25.05.2021Sähköinen ajomoottori ilman magneetteja
24.05.2021Pienen pientä energian keruuta
21.05.2021Neuronit ja synapsit samalla materiaalilla
20.05.2021Optisten vääristymien oikaisu monimuotokuiduissa
19.05.2021Pienemmillä RFID-siruilla uusia sovelluksia
18.05.2021Magneettinen ohutkalvo spin-lämpösähkölle
17.05.2021Grafeenin nanonauhat käyttöön
12.05.2021Molekyylivika perovskiittikennossa
11.05.2021Majoranan metsästystä
10.05.2021Perustaa ultranopealle magneettiselle muistille
07.05.2021Piitä seuraavan sukupolven viestinnälle
06.05.2021Kohti tehokasta anoditonta natriumakkua
05.05.2021Nanorakenteinen laite pysäyttää valon radallaan
04.05.2021Aivomainen transistoripiiri
03.05.2021Täysin kierrätettävää printtielektroniikkaa
30.04.2021Enemmän kuin kubitti: Kvanttilaskentaa kutriteilla
29.04.2021Interferometriaa elektroneilla
28.04.2021Twistroniikkaa paksummillakin materiaaleilla
27.04.2021Läpimurto puolijohteiselle käytännön spintroniikalle
26.04.2021Päihittää Boltzmanin tyrannian
23.04.2021Eläviä koneita tulevaisuudessa?
22.04.2021Maalausta puolijohteilla
21.04.2021Fotoninen MEMS-kytkin kaupallistuu
20.04.2021Kaksiulotteista suprajohtavuutta kolmiulotteisessa suprajohteessa
19.04.2021Valoa läpi kannon ja kiven
16.04.2021Grafeeni ja terahertsit
15.04.2021Eksotiikkaa maagisen kulman grafeenissa
14.04.2021Uusi näkemys akkumateriaalin roolista
13.04.2021Alumiinianodi tarjoaa kestävän vaihtoehdon
12.04.2021Maailman nopein spintroninen p-bitti
09.04.2021Kohti atomipohjaista radioviestintää
08.04.2021Antiferromagneettinen läpimurto
07.04.2021Metapinnat manipuloivat
06.04.2021Lupauksia kvanttilaskennasta
02.04.2021Yleiskäyttöinen muistitekniikka realisoitumassa
01.04.2021Seuraavan sukupolven litiumakkuja
31.03.2021Uusia näkökulmia aurinkokennoihin
30.03.2021Nanotekniikkaa tehotransistoriin
29.03.2021Lisää puhtia nanofotoniikalle
26.03.2021Sähköisesti pehmennettyä nanopaperia
25.03.2021Magnetismi kohtaa topologian suprajohtimen pinnalla
24.03.2021Rakenneakuista enemmän energiaa
23.03.2021Kohti kvanttimaista tiedonsiirtoa
22.03.2021Kommunikointia kasvien kanssa
19.03.2021Toshiban optimointitekniikka haastaa kvanttilaskennan
18.03.2021Tehokkaiden katalyyttien salaisuuksia
17.03.2021Sähköä puusta
16.03.2021Tehokkaita ledejä perovskiitistä
15.03.2021Tietojenkäsittelyn tehonkulutuksen alarajalle
12.03.2021Haaroittuva muisti mullistaa tekoälyn
11.03.2021Ioneista käyttövoimaa droneille ja biosiruille
10.03.2021Sirutason kiihtyvyysmittaus vailla vertaa
09.03.2021Fotonista twistausta ja vyörytystä
08.03.2021Synkronivalolähteitä EUV-litografiaan
05.03.2021Yksittäisten fotonien ilmaisu luo kvanttietua
04.03.2021Vetyä ja ammoniakkia
03.03.2021Kierteinen valo vapauttaa tiedonsiirtoa
02.03.2021Kvanttiprosessori puolijohdetekniikalla
01.03.2021Analogialaskentaa verkon reunalle
26.02.2021Kaksi kubittia ja kvanttifysiikka uusiksi
25.02.2021Nanolangasta suprajohtava transistori
24.02.2021Suunnitelma vikasietoisille kubiteille
23.02.2021Kaksiulotteiset uusiin ulottuvuuksiin
22.02.2021Nopea vaihto puolijohde- ja metallitilojen välillä
19.02.2021Magneettien manipulointia atomien tasolla
18.02.2021Puettava energiakeräin muuttaa kehon akuksi
17.02.2021Magnetismin ja ferrosähkön kierteitä grafeenissa
16.02.2021Metapinta tehostaa aurinkokennoa
15.02.2021Kvanttilaskentaa viritellen
15.02.2021Tunteiden tunnistamista langattomilla signaaleilla
11.02.2021Fotoninen DA-muunninsiru
10.02.2021Kvanttitunnelointi grafeenissa terahertsi-ilmaisimena
09.02.2021Vetyä suoraan merivedestä
08.02.2021Viritettävää suprajohtavuutta
05.02.2021Ensimmäiset askeleet kohti kvantti-aivoja
04.02.2021Biohajoavia näyttöjä ja älykkäitä piilolinssejä
03.02.2021Edistynyt mittaustekniikka tuleville puolijohteille
02.02.2021Nopeita ja likvidejä neuroverkkoja
01.02.2021Uusi rakettimoottorin konsepti
29.01.2021Jakeluverkon sähkövarasto viidenneksen hinnalla
28.01.2021Datan tallentaminen valolla
27.01.2021Topologisia ilmiöitä tutkien
26.01.2021Erittäin herkkä biohybridinen hajuanturi
25.01.2021Katalyyttiä atomikerroksittain säätäen
22.01.2021Nano-ohutta energiankeruuta
21.01.2021Metallista perovskiittiä
20.01.2021Tutkijat kesyttävät fotoni-magnoni -vuorovaikutuksen

Näytä lisää »