Jäähdyttää radioaaltoja kvanttitilaan

On yhä vaikeampaa havaita pitkien aallonpituuksien yksittäisiä fotoneja taustan lämpötilavaihteluiden vuoksi. Tämä aiheuttaa ongelmia yksittäisen fotonin havaitsemisessa esimerkiksi tähtitieteen ja ydinmagneettisen resonanssikuvauksen kaltaisilla aloilla.

Yksi tapa vähentää radiotaajuuksien atomista kohinaa on jäähdyttää antenni lähes absoluuttiseen nollan lämpötilaan. Näin tehdään myös suprajohtavassa kvanttitietokoneessa, joka jäähdytetään 10 mK:een, jotta atomien värinä ei aiheuta kohinaa GHz-signaaleissa, joiden avulla ne toimivat.

"Kuitenkin", sanoo TU Delftin tutkija Ines Rodrigues, "jotkut sovellukset, kuten NMR, pimeän aineen havaitseminen tai radioastronomia, ovat kiinnostuneita erittäin heikoista signaaleista MHz-taajuuksilla."

Työssään Delftin tutkijat ovat löytäneet uuden tavan torjua vähäistenkin atomivärinöiden tuottamaa kohinaa. Uuden fotonipainekytkennän avulla tutkijat jäähdyttivät laitteessa olevat radioaaltosignaalit aina kvanttiseen perustilaan asti. Tämän jälkeen jäävä hallitseva kohina johtuu sitten vain kvanttivaihteluista eli tulee kvanttimekaniikan ennustamista oudoista kvanttihypyistä", sanoo ryhmänjohtaja Gary Steele TU Delftistä.

Tekniikalla ennustetaan olevan sovelluksia erittäin heikkojen magneettiresonanssisignaalien (MRI) havaitsemiseen ja sitä voitaneen hyödyntää monissa kvanttitietojenkäsittelyn sovelluksissa. Tutkijoiden mukaan tulokset luovat myös perustan RF-kvanttifotonikalle.

Kvanttiteleportaatiota mekaaniseen liikkeeseen.

Toinen ryhmä TU Delftin tutkijoita on nyt osoittanut kykynsä teleportata mielivaltaisen kubitin tila yhdestä fotonista kahden pii-nanomekaanisen resonaattorien yhteiseen tilaan.

Ensimmäiset kvanttivaikutukset mikromittakaavan mekaanisissa laitteissa osoitettiin noin kymmenen vuotta sitten. Ponnistelut ovat sittemmin johtaneet optomekaanisten laitteiden välisiin lomittuneisiin tiloihin sekä optomekaanisen kvanttimuistin esittelyihin. Nyt Simon Gröblacherin ryhmä yhteistyössä Brasilian Campinasin yliopiston tutkijoiden kanssa on osoittanut mielivaltaisen optisen kubitin tilan ensimmäisen onnistuneen teleportaation mikromekaaniselle kvanttimuistille.

Kvanttiteleportointi - tuntemattoman tulokvanttitilan uskollinen siirto etäkvanttijärjestelmään - on keskeinen osa kvantti-internetin rakentamiseen tarvittavia pitkän matkan kvanttiviestintäprotokollia.

Vaikka kvantti-teleportaatio on osoitettu jo useissa kvanttijärjestelmissä, optomekaanisten laitteiden käyttö on läpimurto, koska ne voidaan suunnitella toimimaan millä tahansa optisella aallonpituudella, mukaan lukien pienhäviöiset infrapunatelekuitujen aallonpituudet. "Juuri tämä aallonpituus johtaa pienimpään siirtohäviöön, mikä mahdollistaa pisimmän etäisyyden toistinsolmujen välillä", Gröblacher sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheista aiemmin:

RF-fotoneja ja kvanttihyppyjä

Kvanttivarasto mikroaalloille