Efekt Quantum Zeno umożliwia przełączanie „bez interakcji”

Kwantowy efekt Zen jest jedną z dziwniejszych i bardziej fascynujących konsekwencji mechaniki kwantowej. Oferuje zaskakujący i sprzeczny z intuicją sposób kontrolowania systemów kwantowych, które zmieniają się z jednego stanu w drugi.

Brzmi to pożytecznie, ale zdolność do wykorzystania kwantowego efektu Zenona jak dotąd wymykała się fizykom. Teraz Yu-Ping Huang i jego koledzy z Northwestern University w Evanston Illinois twierdzą, że opracowali, jak wykorzystać kwantowy efekt zeno do przełączenia bez interakcji.

Najpierw trochę więcej o samym efekcie. Wyobraź sobie foton w stanie 0, który ma pewne prawdopodobieństwo zaniku do stanu 1. Teraz przeprowadź serię okresowych pomiarów fotonu. Pomiędzy pomiarami foton przechodzi w stan superpozycji 0 i 1, a pomiar spowoduje, że zapadnie się w jeden z nich.

Jeśli jednak czas między pomiarami jest krótki, szanse na to, że zapadnie się w 1, są mniejsze niż szanse na to, że stanie się 0. A jeśli pomiary okresowe są wykonywane wystarczająco szybko, prawdopodobieństwo, że pomiar da 1, ma tendencję do do zera.

W efekcie proces powtarzanych pomiarów zapobiega rozpadowi fotonu z 0 do 1. To kwantowy efekt zeno, czasami nazywany również efektem obserwowanego naczynia nigdy nie wrze.

Teraz Huang i spółka opracowali schemat, który wykorzystuje ten efekt do stworzenia przełącznika. Podstawową ideą jest przyjęcie fali sygnału w stanie 0, która zanika lub ewoluuje w 1, gdy przechodzi przez nieliniowy falowód.

Jednak Huang i przyjaciele wskazują, że pomiar fali zapobiegnie tej ewolucji. Mówią, że mogą wykonać ten pomiar, powodując interakcję fali sygnału z inną falą kontrolną.

Czyli obecność fali sterującej utrzymuje falę sygnału w stanie 0, podczas gdy brak fali sterującej powoduje przełączenie fali sygnału na 1. I to wszystko: przełącznik całkowicie optyczny, który jest wolny od interakcji, ponieważ jest nieobecny fali sterującej, która powoduje przełączenie.

Potencjał tego urządzenia jest interesujący, ponieważ oferuje szereg istotnych zalet w porównaniu z konwencjonalnymi przełącznikami całkowicie optycznymi. Po pierwsze, ten typ przełącznika powinien działać przy bardzo małej mocy, ponieważ nie ma utraty sygnału związanej z procesem przełączania. Stanowi to wyraźny kontrast w stosunku do innych rodzajów przełączania, w których straty optyczne są ważnym ograniczeniem wydajności przełączania.

Po drugie, zachowany jest stan kwantowy fali sygnału. To wielka sprawa. Jeśli ten rodzaj przełącznika zadziała w praktyce, może stać się sercem routerów kwantowych, które umożliwią rodzaj kwantowego Internetu.

Jednak to dopiero początek. Huang i spółka do tej pory badali właściwości swojego urządzenia tylko teoretycznie, a inni depczą im po piętach i prawdopodobnie je wyprzedzają.

Pewne jest, że prawdopodobnie usłyszymy o wiele więcej przełączników zeno. Prace tego zespołu są finansowane z projektu o nazwie Zeno-Based Optoelectronics, utworzonego przez Agencję Zaawansowanych Projektów Obronnych. Ten artykuł jest jednym z pierwszych, które ukazały się w tym programie. Prawdziwe urządzenia nie powinny być daleko w tyle.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1008.2408 : Bezinterakcyjne przełączanie całkowicie optyczne za pomocą efektu Quantum-Zeno

ukryć