Mnożą się możliwości opracowania nowego interfejsu kwantowego
Niemiecki fizyk stworzył interfejs kwantowy łączący cząstki światła i atomy, niezbędny do udoskonalenia wydajności technologii kwantowych. Interfejs ten może nawet przybliżać fizyków o jeden krok ku zbudowaniu pierwszego komputera kwantowego. Wyniki badań opisano w czasopiśmie Physical Review Letters. W swoim artykule naukowcy z Uniwersytetu Jana Gutenberga w Moguncji, Niemcy, wyjaśniają, że wprowadzenie w stan pułapkowy i optyczne sprzężenie neuronowych atomów schłodzonych laserowo ma zasadnicze znaczenie dla wykorzystania ich w zaawansowanych technologiach kwantowych. Zespół zdołał dokonać tych dwóch rzeczy poprzez interakcję atomów cezu z wielokolorowym polem przenikającym, otaczającym nanoświatłowód. Atomy wprowadzane są w stan pułapkowy za pomocą światła laserowego, przechodzącego przez ultracienkie włókno szklane o stożkowej powierzchni (tak cienkie, że jego średnica to zaledwie jedna setna średnicy ludzkiego włosa). Środek włókna jest cieńszy nawet od samego światła. Światło, które nie jest już ograniczone przez wnętrze nanowłókna, rozchodzi się w przestrzeni otaczającej to włókno (tworząc pole przenikające) i łączy się z atomami w stanie pułapkowym. W efekcie powstaje interfejs kwantowy na bazie włókna szklanego, który może służyć do transmitowania informacji kwantowych, co stanowi niezbędny wymóg wielkoskalowych kwantowych systemów komunikacyjnych, jak np. bezpieczna transmisja danych przy użyciu kryptografii kwantowej. Naukowcy są przekonani, że interfejs doskonale nadaje się do budowania hybrydowych systemów kwantowych, w których atomy łączone są na przykład z urządzeniami kwantowymi stanu stałego. Kierownik badań, dr Arno Rauschenbeutel z Uniwersytetu w Moguncji, dodaje, że interfejs "może również okazać się przydatny przy budowaniu komputera kwantowego". Dzisiejsze komputery bazują na tranzystorach, natomiast koncepcja komputera kwantowego opiera się na zjawiskach mechaniki kwantowej. "Przed nami nadal daleka droga do osiągnięcia tego celu, ale wielkoskalowe komputery kwantowe zrewolucjonizowałyby nasz sposób pracy." Z kolei sieci z włókien szklanych już stanowią zasadniczy element współczesnej komunikacji (łączność telefoniczna i internetowa polega przede wszystkim na optycznej transmisji danych za pomocą przewodów z włókna szklanego). Światło poruszające się w tych sieciach składa się z niewidzialnych kwantów energii lub fotonów (odkrytych przez Alberta Einsteina). Każdy foton może wówczas nieść ze sobą jeden bit informacji (odpowiadający stanowi zero lub jeden). Jako obiekty kwantowe fotony mogą istnieć jednocześnie w obydwu tych stanach. Na tej właściwości opiera się na przykład kryptografia kwantowa, chroniąca przed podsłuchem. Aby móc w pełni wykorzystać możliwości oferowane przez komunikację kwantową, musimy być w stanie przechowywać informację zakodowaną w każdym fotonie. Ponieważ fotony niespecjalnie nadają się do tego zadania, fizycy uważają, że lepiej byłoby przesyłać informacje kwantowe do atomów. To z kolei wymaga interfejsu pomiędzy fotonami a atomami, który dałby się łatwo zastosować w sieciach z włókien szklanych.
Kraje
Niemcy