Räätälöityjä lomittuneita fotoneja

31.08.2022

Max-Planck-tusinan-fotonin-lomittaminen-250-t.jpgJotta kvanttitietokonetta voitaisiin käyttää tuloksellisesti, suuren määrän lomittuneita hiukkasia on toimittava yhdessä. Ne ovat laskelmien peruselementtejä eli kubitteja.

"Fotonit, valon hiukkaset, sopivat tähän erityisen hyvin, koska ne ovat luonteeltaan kestäviä ja helppoja käsitellä", sanoo Philip Thomas, tohtoriopiskelija Max Planck Institute of Quantum Opticsista (MPQ).

Yhdessä professori Gerhard Rempen johtamien kollegoiden kanssa hän on nyt onnistunut ottamaan tärkeän askeleen kohti fotonien käyttökelpoisuutta teknologisissa sovelluksissa, kuten kvanttilaskennassa: Ensimmäistä kertaa ryhmä loi jopa 14 lomittunutta fotonia määrätyllä tavalla ja korkealla lähes 50 prosentin tehokkuudella.

"Tämän kokeen temppu oli, että käytimme yhtä atomia fotonien emittoimiseen ja niiden yhdistämiseen hyvin erityisellä tavalla", Thomas kertoo. Tätä varten tutkijat asettivat rubidiumatomin optisen onteloon. Tietyn taajuisella laservalolla atomin tila on käsiteltävissä tarkasti. Ylimääräisen ohjauspulssin avulla tutkijat käynnistivät fotonin emission, joka on lomittunut atomin kvanttitilaan.

Mielivaltaiset yhden kubitin kierrot fotoniemissioiden välillä mahdollistavat tutkijoiden toteuttaa erityyppisten tilojen joustavan valmistuksen ohjelmoitavalla tavalla. He loivat havaitsivat jopa 14 fotonin GHZ-tiloja ja jopa 12 fotonin lineaarisia klusteritiloja, joissa on aito moniosainen lomittuminen.

"Parhaan tietomme mukaan 14 toisiinsa kytkettyä valohiukkasta ovat suurin määrä lomittuneita fotoneja, jotka on tähän mennessä generoitu laboratoriossa", Thomas korostaa.

Mutta se ei ole vain lomittuneiden fotonien määrä, joka merkitsee suurta askelta kohti tehokkaiden kvanttitietokoneiden kehitystä - tapa, jolla ne tuotetaan, eroaa myös hyvin perinteisistä menetelmistä. "Koska fotoniketju syntyi yhdestä atomista, se voitiin tuottaa deterministisellä tavalla", Thomas selittää. Tämä tarkoittaa: periaatteessa jokainen ohjauspulssi tuottaa fotonin, jolla on halutut ominaisuudet.

Yleensä fotonien lomittuminen on tapahtunut erityisissä, epälineaarisissa kiteissä. Niissä valohiukkaset syntyvät olennaisesti satunnaisesti ja tavalla, jota ei voida hallita. Tämä rajoittaa myös niiden hiukkasten määrää, jotka voidaan niputtaa kollektiiviseen tilaan.

Nyt tämän ryhmän käyttämä menetelmä mahdollistaa periaatteessa generoida minkä tahansa määrän lomittuneita fotoneja. "Kaiken kaikkiaan työmme poistaa pitkään olleen esteen tieltä skaalautuvaan, mittaukseen perustuvaan kvanttilaskentaan", tiivistää osastojohtaja Gerhard Rempe tulokset.

MPQ:n tutkijat haluavat poistaa vielä yhden esteen. Esimerkiksi monimutkaiset laskentatoimet vaatisivat resonaattorissa vähintään kahden atomin käyttöä fotonilähteenä. Kvanttifyysikot puhuvat kaksiulotteisesta klusterin tilasta ja MPQ:n tutkijat työskentelevät jo tämän tehtävän ratkaisemiseksi.

Tutkijat korostavat myös, että mahdolliset tekniset sovellukset ulottuvat kvanttilaskentaa pidemmälle: "Toinen sovellusesimerkki on kvanttiviestintä" – informaation hakkeroimaton välitys, esimerkiksi valon avulla optisessa kuidussa.

Aiheesta aiemmin:

Monen fotonin generaattori sirulle

Yksinkertaisempi suunnitelma kvanttitietokoneille

29.09.2022Optisia kuituja perovskiitista
28.09.2022Kvanttiväylä avaa tietä
27.09.2022Älykkäät mikrorobotit kävelevät itsenäisesti
26.09.2022Pienenergian keruuta ja viittomakielen tulkintaa
24.09.2022Uusi turkki kvanttikissalle
23.09.2022Yksittäinen elektroni surffailee ääniaallolla
22.09.2022Antiferromagneettisuutta spintroniikkaan ja muisteihin
21.09.2022Kvanttipisteet tekevät avaruusaluksesta anturin
20.09.2022Kerrostusta massamateriaalissa
19.09.2022Fotosynteesi tehostamaan aurinkokennoja
16.09.2022Heijastusten estoa ja yhden kaistan valoviestintää
15.09.2022Tekoälyn voimaa
14.09.2022Sinistä ja valkoista valoa perovskiiteistä
13.09.2022Elektroneja ja aukkoja yhdistellen
13.09.2022Lämpösähköisyys atomien tasolla
10.09.2022Muistibitin ja laskennan ohjausta spinvirralla
09.09.2022Perovskiittikennojen parannuksia
08.09.2022RF- ja mikroaaltosignaalien kvanttikäsittelyä
07.09.2022Edullisempia sensoreita valolle ja hajulle
06.09.2022Kanttipisteisiä ja nemaattisia kubitteja
05.09.2022Kohti lyijytöntä aurinkoenergiaa
02.09.2022Kuvankäsittelyä CMOS-anturiin
01.09.2022Verenpaineen mittausta E-tatuoinnilla
31.08.2022Räätälöityjä lomittuneita fotoneja
30.08.2022Valo ansoittuu ja synkronoi liikettä
29.08.2022Tehdään uusi edullinen akku
26.08.2022Multiferroisista spintroniikan pelin muuttajia?
25.08.2022Siruton ja langaton elektroninen "iho"
24.08.2022Materiaali oppii kuin aivot
23.08.2022Suprajohtava diodi ilman magneettikenttää
22.08.2022Parempia kuva-antureita konenäölle
19.08.2022Sähköä matala-asteisesta hukkalämmöstä
18.08.2022Bakteereita ja hämähäkin seittiä
17.08.2022Nopeaa tekoälylaskentaa vähällä energian käytöllä
16.08.2022Pintakoodit virheitä korjaamaan
15.08.2022Uusi mahdollisuus pienentää transistoreita
12.08.2022Laiteriippumatonta kvanttiavainten jakelua
11.08.2022Ajan käänteistä epäsymmetriaa aurinkokennoille
10.08.2022Maailman ensimmäinen kvantti-integroitu piiri
09.08.2022Lisää monipuolisia kvanttiantureita
08.08.2022Ihanteellisen puolijohdemateriaalin metsästystä
05.08.2022Polymeeriperustaista akkutekniikkaa
04.08.2022Grafeenin avulla kuvia nesteessä "uivista" atomeista
03.08.2022P-tietokoneiden potentiaali
02.08.2022Transistorista memristoriin: kytkentäteknologiaa tulevaisuutta varten
01.08.2022Pienemmän tehonkäytön neuroverkkoja
30.07.2022Suuri askel pienille moottoreille
29.07.2022Elektronit käyttäytyvät hienojakoisemmin
27.07.2022Erittäin viritettäviä komposiittimateriaaleja
24.07.2022Nelitahtikone atomeilla
21.07.2022Lasereille skaalautuvuutta ja yksinapaisia pulsseja
14.07.2022Nanokvantisointi täyttää akkuteknologian aukon
08.07.2022Tutkijat teleportoivat kvantti-informaatiota kvanttiverkossa
06.07.2022Ensimmäinen orgaaninen bipolaaritransistori
01.07.2022Puuperäistä käyttövoimaa langattomille antureille
23.06.2022Perovskiitti ei hevillä antaudu
22.06.2022Pieni robotti kävelee kuin rapu
21.06.2022Uudenlaisen muistin rakentaminen
20.06.2022Nykytekniikalla fotoniselle kvanttirajalle
17.06.2022Polarisaatiota hyödyntävä fotoninen prosessori
16.06.2022Akkuteollisuus etsii uusia materiaaleja
15.06.2022Tutkijat tehostavat atomiradion vastaanottoa
14.06.2022Maanjäristyksen tunnistusta kvanttisalausverkolla
13.06.2022Yön aikainen aurinkokennotekniikka
10.06.2022Hedelmäkärpäsen digitaalinen kaksonen
09.06.2022Älykäs kvanttianturi
08.06.2022Inverttereiden roolista tulevaisuuden sähköverkossa
07.06.2022Hengittäviä kaasuantureita
06.06.2022Aaltoja suprajohtavuuteen ja aikakiteisiin
03.06.2022Monenlaista keramiikkaa
02.06.2022Seuraavan sukupolven älykäs keinoiho
01.06.2022Piin ja neuronin fuusio
31.05.2022Viritettävät kvanttiloukut eksitoneille
30.05.2022Uusi ihme- ja kvanttimateriaali
27.05.2022Uusia löytöjä lämmönhallintaan
26.05.2022Kaksi spiniä tuottaa kvanttiväylän
25.05.2022Katalyyttinen ja absorboiva kondensaattori
24.05.2022Perovskiitti sopii memristoriin ja transistoriin
23.05.2022Polttokennoja ohentaen
21.05.2022Paremman kvanttibitin rakentaminen
20.05.2022Atominohut eriste kuljettaa spinejä
19.05.2022Vetyä ja kvanttielektroniikkaa
18.05.2022Vikasietoinen kvanttitietokonemuisti timantissa
17.05.2022Kvanttiturhautumista etsien
16.05.2022Topologiaa langattomalle tekniikalle
14.05.2022Leväkenno pyörittää Arm Cortex M0+:aa
13.05.2022Ioninen nestepohjainen säilölaskenta
12.05.2022Nanotekninen mikroskooppikuvaus älypuhelimeen
11.05.2022Magneettisia skyrmioneja laserpulsseilla
10.05.2022Viallisia nanotimantteja tulostaen
09.05.2022Monen fotonin generaattori sirulle
08.05.2022Perovskiittikennojen kääntelyä
06.05.2022Kovalenttisilla sidoksilla 2D-2D-heterorakenteita
05.05.2022Suprajohteinen diodi
04.05.2022Lisää vettä litiumioni-akkuun
03.05.2022Konenäön visioita ja vaaroja
02.05.2022Kvanttiteleportaatio: kvanttidataliikenteen pikakaista
30.04.2022UPS:in lyijyakku vaihtuu alkaliakuksi
29.04.2022Einsteinin jalanjäljissä
28.04.2022Topologisia ilmiöitä korkeilla taajuuksilla

Näytä lisää »