Nie uwierzycie, ile fotonów udało się splątać fizykom. Komputery kwantowe będą wydajniejsze

Fizykom udało się splątać kilkanaście fotonów. Dzięki temu osiągnięciu, komputery kwantowe wydają się być coraz bliżej.
Wizualizacja atomów rubidu emitujących strumień fotonów
Wizualizacja atomów rubidu emitujących strumień fotonów

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