Do efektywnego wykorzystania komputera kwantowego potrzebna jest większa liczba specjalnie przygotowanych – mówiąc konkretnie: splątanych – bloków konstrukcyjnych. Naukowcy z Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ) po raz pierwszy przeprowadzili to zadanie za pomocą fotonów emitowanych przez pojedynczy atom.
Czytaj też: Superpozycja i splątanie kwantowe są ze sobą związane. Coraz bliżej teorii wszystkiego?
Badacze wygenerowali w rezonatorze optycznym do 14 splątanych fotonów. Nowa metoda może ułatwić budowę potężnych komputerów kwantowych, a w przyszłości służyć bezpiecznej transmisji danych. Szczegóły opisano w Nature.
14 splątanych fotonów
Naukowcom udało mu się zrobić ważny krok w kierunku wykorzystania fotonów do zastosowań technologicznych, takich jak obliczenia kwantowe: po raz pierwszy zespół wygenerował 14 splątanych fotonów w zdefiniowany sposób i z wysoką wydajnością.
Uczeni użyli jednego atomu do emisji fotonów i splatania ich w bardzo specyficzny sposób. Aby to zrobić, umieścili atom rubidu w centrum wnęki optycznej – rodzaju komory echa dla fal elektromagnetycznych. Za pomocą światła laserowego o określonej częstotliwości mogli precyzyjnie sterować stanem atomu. Używając dodatkowego impulsu sterującego, wywołali również emisję fotonu, który jest splątany ze stanem kwantowym atomu.
Powtarzaliśmy ten proces kilkakrotnie i w ustalony wcześniej sposób. W między czasie atom był w pewien sposób manipulowany – w technicznym żargonie: obracany. W ten sposób udało się stworzyć łańcuch do 14 cząstek światła, które dzięki obrotom atomu zostały ze sobą splątane i doprowadzone do pożądanego stanu. Według naszej najlepszej wiedzy, 14 połączonych ze sobą cząstek światła to największa liczba splątanych fotonów, jaką udało się do tej pory wygenerować w laboratorium.Philip Thomas z MPQ
Jednak nie tylko liczba splątanych fotonów oznacza duży krok w kierunku rozwoju komputerów kwantowych – również sposób ich generowania znacznie różni się od konwencjonalnych metod.
Ponieważ łańcuch fotonów wyłonił się z pojedynczego atomu, mógł być produkowany w sposób deterministyczny. Dotychczas splątanie fotonów odbywało się zwykle w specjalnych, nieliniowych kryształach. Fotony są w zasadzie tworzone losowo i w sposób, którego nie da się kontrolować. Ogranicza to również liczbę cząstek, które można połączyć w stan kolektywny.
Czytaj też: Niesporczaki i splątanie kwantowe? Naukowcy twierdzą, że udało im się tego dokonać
Z kolei metoda stosowana przez uczonych z MPQ pozwala na wygenerowanie w zasadzie dowolnej liczby splątanych fotonów. Metoda jest szczególnie wydajna, a to kolejny ważny środek dla możliwych przyszłych zastosowań technicznych.
Mierząc wyprodukowany łańcuch fotonów, byliśmy w stanie udowodnić wydajność na poziomie prawie 50 procent.Philip Thomas z MPQ