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

16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä
15.03.2024Kvanttitietokoneita atomeihin perustuen
14.03.2024Elektronit vedessä ja särkyneinä
13.03.2024Sateenvarjo atomeille
12.03.2024Magnetismilla energiatehokasta laskentaa
11.03.2024Molekyylielekroniikan johteita ja kytkimiä
09.03.2024Elektroniikkaromusta kultaa edullisesti
09.03.2024Jännitystä aurinkoenergian keräämiseen
07.03.2024Kolmas ulottuvuus langattoman prosessoinnille
06.03.2024Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn
05.03.2024Palonkestävä natriumakku
04.03.2024Polymeeripohjaiset viritettävät optiset komponentit
01.03.2024Tulevaisuuden kubitti luotiin kvanttiprosessoriin
29.02.2024Uudenlaisia ratkaisuja pienen koon tehokäyttöihin
28.02.2024Fotonien napakymppi ja tehokas ylösmuunnos
27.02.2024Elektroneja murto-osina grafeenissa
26.02.2024Elektronin ja fononin vuorovaikutuksen mysteeri
24.02.2024Entistä tehokkaampia aurinkokennoja
23.02.2024Uusi resepti kvanttisimuloinnille
22.02.2024Li-ion-johteita uuden suunnan kestäville akuille
21.02.2024Uusi laji magnetismia
20.02.2024Hyppivät atomit muistavat missä ne ovat olleet
19.02.2024Puolipallon muoto aurinkokennoon
17.02.2024Perovskiittiä vihreän vedyn tuotantoon
16.02.2024Fotoniikan nanovalmistusta printterillä
15.02.2024Neuromorfisia näkösensoreita
14.02.20242D-materiaaleista heterorakenteita
13.02.2024Magneettisten supervoimien vapauttaminen
12.02.2024Kvanttiedulla liikkuva maali
10.02.2024Antureita ympäristöhaittojen seurantaan
09.02.2024Kohti kvantti-internetiä ja kvanttiviestintää
08.02.2024Tehokkaita röntgensäteitä ja ultraviolettivaloa
07.02.2024Kubitti, jossa on sisäänrakennettu virheenkorjaus
06.02.2024Laskentaa valoaalloilla
05.02.20243D-tulostettu elektroninen iho ja näyttö
03.02.2024Läpimurto kvanttipisteisissä aurinkokennoissa
02.02.2024Äänikäyttöiset anturit säästävät miljoonia paristoja
01.02.2024Energiankeruuta ja kuvantamista samanaikaisesti
31.01.2024Pitkään kestäviä grafeenin laaksotiloja kubiteille
30.01.2024Pinoa neuroverkkojärjestelmiä rakennelohkoista
29.01.2024Vihreiden ledien tehokkuus paremmaksi
27.01.2024Ultranopea vetyvuodon anturi
26.01.2024Uusi ehdokas yleismuistiksi
25.01.2024Teollisesti valmistettava kvanttimuisti
24.01.2024Ensimmäinen topologinen kvanttipiiri
23.01.2024Grafeenista vihdoin toiminnallinen puolijohde
23.01.2024Lämpösähköä esineiden Internetille
20.01.2024Polttokenno toimii maaperässä ikuisesti
19.01.2024Tutkijat loivat loogisen kvanttiprosessorin
18.01.2024Kvanttilomittuminen ja topologia ovat erottamattomia
17.01.2024Tutkimus tasoittaa tietä paremmille metalliakuille
16.01.2024Ihmisen kuulojärjestelmä mallina yksijohtimiselle anturiryhmälle
15.01.2024Todennäköisyyspohjaisia tietokoneita ja tekoälyä
13.01.2024Valo välittää dataa sata kertaa nopeammin kuin Wi-Fi
12.01.2024More than Moore -konsepti
11.01.2024Korkeamman lämpötilan suprajohteiden kytkentää
10.01.2024Hiili tehostaa 2D-elektroniikkaa
09.01.2024Stokastista synkronia salaukseen ja neuroneille
08.01.2024Polymeeristä syntyy katalyyttikide
06.01.2024Kuupölystä aurinkokennoja
05.01.2024Kvanttipisteisiä aurinkosähkökennoja
04.01.2024Plasmoneita ja tekoälyä terahertsitutkimuksiin
03.01.2024Vetyä ja polymeeriä akkuihin
02.01.2024Aivomainen transistori jäljittelee ihmisen älykkyyttä
01.01.2024Yhdistetty "kilparata" mahdollistaa uuden optisen laitteen
29.12.2023Liukuvaa ferrosähköisyyttä ja timantteja
28.12.2023Magneto-optista materiaalia pii-integrointiin
27.12.2023Kvanttipisteanturi ei tarvitse ulkoista teholähdettä
22.12.2023Sähköistävä parannus kuparin johtavuuteen
21.12.2023Yksittäisestä 2D-materiaalista suprajohtava liitos
20.12.2023Nanoresonaattorit avaavat tietä kvanttiverkoille
19.12.2023Metapinta-antenni 6G:lle ja meta-atomeja
18.12.2023Atomintarkkaa 2D-materiaalien integrointia
16.12.2023Kvanttiakuissa rikotaan kausaliteetti
15.12.2023Hierarkkinen generatiivinen mallinnus autonomisille roboteille
14.12.2023Uusi näkemys moniarvoisten akkujen suunnitteluun
13.12.2023Optisella langattomalla ei ehkä enää ole esteitä.
13.12.2023Fyysikot kvanttilomittavat yksittäisiä molekyylejä
12.12.2023Edullista tribosähköä ja aurinkokenno puumateriaalista
08.12.20232D-materiaaleista 3D-elektroniikkaa tekoälylaitteistoihin
07.12.2023Fotonikomponentteja RF-signaalin käsittelyyn
06.12.2023Elektromagnoniikasta uusi tiedonkäsittelyn alusta
05.12.2023Uusi alusta kvantti-informaation käsittelyyn
04.12.2023Lämpöä voidaan käyttää laskentaan
01.12.2023Askel biologian ja mikroelektroniikan integroinnille
30.11.2023Josephson-liitosten käyttö supravirran ohjaamiseen
29.11.2023Mikrotekniikkaa ja molekyylikemiaa aurinkokennoille
28.11.2023Materiaalien kehittelyä koneoppisella
27.11.2023Kaksiulotteisia magneetteja tietotekniikalle
25.11.2023Uusi jäähdytysmekanismi jääkaapeille ja jäähdytyslaitteille
24.11.2023Vangita elektroneja 3D-kiteeseen
23.11.2023Pikofotoniikan synty: Kohti aikakidemateriaaleja
22.11.2023Veden ja ilman välinen akustinen viestintä
21.11.2023Uusia kubittiratkaisuja
20.11.2023Erittäin nopeat laserit erittäin pienillä siruilla
18.11.2023Grafeenia, fotosynteesiä ja tekoälyä vihreään energiantuotantoon
17.11.2023Parempaa energiatehokkuutta tietojenkäsittelyyn
16.11.2023Kommunikointia tyhjyyden kanssa
15.11.2023Metamolekyylisen metamateriaalin valmistus
14.11.2023Läpi ahtaankin raon

Näytä lisää »