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

28.05.2020Ennätyskorkeaa datansiirtoa yhdellä lähettimellä
27.05.2020Apua litiummetallisille anodeille
26.05.2020Uusi resepti yhden atomin transistoreille
25.05.2020Ihoanturi seuraa C-vitamiinitasoja hiestä
22.05.2020Kohti kolmatta ulottuvuutta
21.05.2020Nopempi koherentti LiDAR
20.05.2020Rautaa rajalle, vaikka ruosteisenakin
19.05.2020Uudenlaisen kvanttitutkan prototyyppi
18.05.2020Löytää edullisesti radioaaltoja
16.05.2020Suprajohtavuutta ja topologiaa
15.05.2020Kvanttimateriaali keventää tekoälyn energiantarvetta
14.05.2020Vetyä auringonvalosta
13.05.2020Uutta valoa 2D-nanolasereista
12.05.2020Vakaita perovskiitteja
11.05.2020Superkondensaattori heterorakenteisella elektrodilla
08.05.2020Harppauksia piianodien käyttöönotossa
07.05.2020Liikkuvan yhteyden löytäminen terahertseillä
06.05.2020Todellisuutta tuntevat proteesit
05.05.2020Eväitä twistroniikalle
04.05.2020Superkiraalista valoa
03.05.2020Läpinäkyvyyttä ja aurinkosähköä
30.04.2020Rautapohjainen lämpösähkögeneraattori
29.04.2020Topologia avuksi fotoniikkaan
28.04.2020Tavoitteena 2000 km yhdellä latauksella
27.04.2020Ferrosähköä atomitasolla
27.04.2020Neuromorfinen memristori
23.04.2020Spintroniikalle sopivaa sähkömagnetismia
22.04.2020Akkutekniikoiden uudet reaktiot
21.04.2020Kylmää ja kuumaa kvanttitekniikkaa
20.04.2020Harppaus magnetisoitumisen tutkimuksessa
18.04.2020Ultravioletin voima
17.04.2020Innovatiivisia tekniikoita pikkusatelliiteille
16.04.2020Energiankeruuta metallia syöden
15.04.2020Alusta optisille transistoreille
14.04.2020Salaperäisiä Majorana-fermioneja kultasaarilla
12.04.2020Viiden minuutin koronavirustesti
10.04.2020Geometrinen diodi
09.04.2020Spinaalloilla pitkälle
08.04.2020Lasereita piisirulle ja hiukkaskiihdyttimiin
07.04.2020Yhdistetty optinen lähetin ja vastaanotin
06.04.2020Parannuksia orgaanisille aurinkokennoille
03.04.2020Energian keruuta terahertsiaalloista
02.04.2020Sähkökentistä sähköä IoT-antureille
01.04.2020Kaksiseinäisillä nanoputkilla on elektro-optisia etuja
31.03.2020Uudenlaista kemiaa litiumakuille
30.03.2020Kohti hakkeroimatonta kvantti-internettiä
28.03.2020Luvassa uusi läpimurto kvanttitietotekniikassa
27.03.2020Kohti tehokkaampaa elektroniikkaa
26.03.2020Uusia materiaaleja puettavalle elektroniikalle
25.03.2020Kvanttianturi kattaa koko radiotaajuusspektrin
24.03.2020Optinen terahertsitransistori
23.03.2020Atomiytimen spinin hallinta sähköisesti
20.03.2020Syväoppimisen uudelleenarviointi
19.03.2020Uusia materiaaliominaisuuksia elektroniikalle
17.03.2020Aurinkokennojen ennätysvirittely jatkuu
16.03.2020Monitoimisia anturimateriaaleja
13.03.2020Valolla toimivat kiintolevyt
12.03.2020Topologista valon kulkua
11.03.2020Vakaasti toimiva nanorele
10.03.2020Vielä enemmän skyrmioneja
09.03.2020Spin-kubitin vakaa luenta
07.03.2020Haisevista hedelmistä superkonkkia
06.03.2020Aurinkokenno grafeenista, perovskiitistä ja piistä
05.03.2020Kaliummetalli akun vaihtoehdoksi litiumille
04.03.2020Kaksiulotteinen elektronien hila
03.03.2020Kaksiulotteisia metalleja
02.03.2020Magnetismia kolmiulotteisesti
28.02.2020Monenlaista valon hallintaa
27.02.2020Yksinkertainen itselatautuva akku
26.02.2020Edullisempia suojaustekniikoita
25.02.2020Johtaa sekä sähköä että energiaa täydellisesti
25.02.2020Kemiaa ja seostusta
21.02.2020Vauhdikkaita muistirakenteita
20.02.2020Kierrätystä ja palonestoa
19.02.2020Nestepisaroilla jopa viiden voltin jännite
18.02.2020Kuitusiirron ennätyskapasiteetti
17.02.2020Kubitteja keinoatomeista
14.02.2020Kohinalla hehkuttaen
14.02.2020Tehokkaampia sähkökatalyyttisiä reaktioita
12.02.2020Elektroninen nenä MOF-materiaaleista
11.02.2020Uudenlainen elektrodirakenne tehokkaammille akuille
10.02.2020Kvanttitiedonsiirtoa nykyisissä kuituverkoissa
07.02.2020Uusi kvasihiukkanen löydetty: Pi-ton
06.02.2020Resonaattorit hidastavat valoa
05.02.2020Nanoputkien rullasta uudenlaista materiaalia
04.02.2020Tehokkaampaa terahertsitaajuuksien ilmaisua
03.02.2020Ensimmäinen yksikerroksinen amorfinen kalvo
31.01.20205000 vuotta kestävä paristo
30.01.2020Uusia vihjeitä suprajohtavuudesta
29.01.2020Litiumakuille pidempiä ajomatkoja?
28.01.2020Kvanttilämpöä ja kvanttilomittumista mittaillen
27.01.2020Laserdiodi emittoi syvää UV-valoa
24.01.2020Keinoiho magnetismia tunnistavin anturein
23.01.2020Kiertymä muokkaa kaistaeroa
22.01.2020Yleismuistin virstanpylväs
21.01.2020Ensimmäinen antiferromagneettinen topologinen kvanttimateriaali
20.01.2020Nanoantenneja tiedonsiirtoon
17.01.2020Muisteja erittäin kylmään laskentaan
16.01.2020Laskentaa molekyyleillä
16.01.2020Konenäölle nyt myös konesilmät

Näytä lisää »