211service.com
Kwantowy skok pamięci
W ostatnich latach fizycy opracowali wiele sposobów wykorzystania osobliwości mechaniki kwantowej do przesyłania i przetwarzania informacji.
Teraz zespół naukowców ogłosił ważny krok w kierunku wykorzystania tej informacji kwantowej: upiorne przeniesienie stanu kwantowego pojedynczego jonu na inny metr dalej. Ponieważ jony mogą przechowywać stan kwantowy przez wiele sekund, ten schemat teleportacji kwantowej może zapewnić wystarczającą ilość czasu na manipulacje, które umożliwiają komunikację na duże odległości, która jest odporna na podsłuchiwanie, lub na obliczenia wykorzystujące mechanikę kwantową do wykonywania błyskawicznych obliczeń.
Aby przenieść niewielką ilość informacji kwantowej z jednego układu o rozmiarach atomowych do drugiego, oba układy muszą zacząć w stanie kwantowym zwanym splątaniem. Splątane systemy zawsze dają odpowiednie odpowiedzi, jak dwie monety, które, choć indywidualnie nieprzewidywalne, zawsze wypadają jeden orł, a drugi reszka. Fizycy teleportowali stan między splątanymi fotonami światła, ale niestety nie mogą długo przechowywać informacji kwantowych. Ostatnio inni badacze teleportowali znacznie dłużej żyjący stan kwantowy poszczególnych jonów, ale tylko wtedy, gdy były one uwięzione bardzo blisko siebie.
Aby przesyłać trwałe informacje kwantowe na większe odległości, Chris Monroe a jego grupa z University of Maryland połączyła siły z Luming Duan z University of Michigan, aby uwięzić i schłodzić dwa pojedyncze jony iterbu. Zespół zakodował informację kwantową, mieszając dwa stany, które różnią się jedynie momentem pędu jądra. W przeciwieństwie do wartości 0 lub 1 bitu w zwykłych obliczeniach, naukowcy mogą stworzyć dowolną mieszankę dwóch stanów jądrowych, znaną jako kubit, poddając jony działaniu mikrofal. Po utworzeniu jon utrzymuje tę mieszaninę przez kilka sekund – wystarczająco długo, aby wykonać obliczenia, które działają jednocześnie na obie wartości.
Rozszerzając technikę, którą zespół Monroe zademonstrował w 2007 roku, naukowcy wystawili oba jony na ultrakrótki impuls światła, przenosząc każdy z nich do stanu o wyższej energii. Następnie każdy jon wracał do swojego pierwotnego stanu, emitując foton. Pomiar koloru tego fotonu pozostawiłby jon w jednym z dwóch stanów jądrowych. Ale zamiast tego naukowcy sprawdzili, czy te dwa fotony mają różne kolory. Ponieważ nie określili, który kolor pochodzi z którego jonu, widząc ten wynik, jony były w stanie splątanym, który obejmował obie możliwości.
Przekaż mnie: Każda z dwóch cylindrycznych komór (lewa i prawa) zawiera jeden atom. Czarne rurki na pierwszym planie służą do obrazowania każdego atomu. Włókna optyczne, które przepuszczają pojedyncze fotony z każdego atomu, znajdują się naprzeciwko tubusów, po lewej stronie obrazu, pokryte czarnym papierem. Fotony interferują wewnątrz dużego czarnego prostokątnego pudełka po lewej stronie.
Aby przeprowadzić teleportację, naukowcy przygotowali lewy jon w dowolnym stanie kwantowym, a następnie wielokrotnie poddawali je działaniu impulsów laserowych, aż zobaczyli pary fotonów o przeciwnych kolorach, które zwiastowały stan splątania. Szybko zmierzyli, w jakim stanie jądrowym znajduje się jon lewoskrętny, niszcząc jego mieszaninę kwantową. Ale splątanie powoduje pojawienie się blisko spokrewnionej mieszaniny w prawym jonie. Naukowcy przekształcili to z powrotem w teleportowaną wersję pierwotnego stanu, manipulując nim na jeden z dwóch sposobów, w zależności od tego, który stan zmierzyli dla jonu lewoskrętnego.
To pierwsza realizacja teleportacji kwantowej między dwoma odległymi atomami, zauważa Myungszik Kim z Queen's University Belfast w Irlandii Północnej, który nie był zaangażowany w prace. To całkiem sprytna technika.
Jednym z problemów jest to, że uzyskanie pojedynczej splątanej pary zajmuje prawie 100 milionów impulsów laserowych – około 10 minut. Aby była użyteczna do dalszych eksperymentów, liczba ta musi zostać zwiększona około 1000-krotnie, głównie poprzez zbieranie większej ilości emitowanych fotonów. Schemat teleportacji między odległymi jonami mógłby umożliwić zastosowanie wzmacniaczy kwantowych, które umożliwiłyby transmisję informacji kwantowych na duże odległości, zauważa Monroe. Ponadto mówi, że dobrze nadaje się do coraz bardziej badanego podejścia do obliczeń kwantowych, które zaczyna się od dużej liczby splątanych kubitów.