Naukowcy otwierają nowe horyzonty w zdalnym splątaniu kwantowym
Europejscy naukowcy otworzyli nowe horyzonty w dziedzinie splątania kwantowo-mechanicznego zdalnych układów kwantowych. Zespołowi z Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka w Niemczech udało się wykazać, w jaki sposób dwa zdalne, atomowe układy kwantowe mogą zostać przygotowane do wspólnego stanu "splątania". To oznacza, że jeden układ jest pojedynczym atomem uwięzionym w rezonatorze optycznym, a drugi jest kondensatem Bosego-Einsteina (BEC), który składa się z setek tysięcy ultrazimnych atomów. Dokonano milowego kroku w pracach nad siecią kwantową dzięki temu systemowi hybrydowemu dwóch zdalnych, splątanych i nieruchomych węzłów, wygenerowanych przez zespół w ramach badań, które otrzymały wsparcie na kwotę 5,3 mln EUR jako część projektu AQUTE (Atomowe technologie kwantowe), finansowanego z tematu "Technologie informacyjne i komunikacyjne" Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE. To Albert Einstein jako pierwszy nazwał kwantowo-mechaniczne zjawisko splątania "upiornym oddziaływaniem na odległość" z powodu jego dziwnych następstw. Fizycy od lat próbują wypracować koncepcje, w ramach których można byłoby wykorzystać to zjawisko do celów praktycznych, takich jak bezpieczna transmisja danych, gdzie splątanie generowane w procesie lokalnym musiałoby zostać rozprowadzone wśród zdalnych układów kwantowych. Ponadto tego typu sieci mogą również pomóc w opracowaniu uniwersalnego komputera kwantowego, w którym bity kwantowe mogą być wymieniane na fotony między węzłami zaprojektowanymi do przechowywania i przetwarzania informacji. W kwantowo-mechanicznym zjawisku splątania dwa układy kwantowe są zgrupowane w taki sposób, że ich właściwości stają się ściśle ze sobą skorelowane, co wymaga bliskiego kontaktu cząstek. Jednakże w przypadku wielu aplikacji w ramach sieci kwantowej konieczne jest dzielenie splątania między dwa zdalne węzły zwane "nieruchomymi" bitami kwantowymi. Jednym ze sposobów osiągnięcia tego celu jest wykorzystanie fotonów lub "latających" bitów kwantowych do przenoszenia splątania. Pod wieloma względami przypomina to klasyczną telekomunikację, w której światło jest wykorzystywane do przenoszenia informacji między komputerami czy telefonami. Aczkolwiek w przypadku sieci kwantowej to zadanie jest znacznie trudniejsze, ponieważ stany splątania kwantowego są wyjątkowo słabe i mogą przetrwać jedynie wtedy, kiedy cząstki są dobrze odizolowane od swojego środowiska. Prowadzący badania zespół z Niemiec posunął prace naprzód, przygotowując dwa atomowe układy kwantowe w stanie splątania, zlokalizowane w dwóch różnych laboratoriach. Z jednej strony można je postrzegać jako uwięzienie pojedynczego atomu rubidu wewnątrz rezonatora optycznego utworzonego przez dwa silnie odblaskowe lustra, a z drugiej jako zespół setek tysięcy ultrazimnych atomów rubidu tworzących BEC. W BEC wszystkie cząstki mają takie same właściwości kwantowe, a zatem wszystkie funkcjonują jak jeden "superatom". "BEC doskonale nadaje się na pamięć kwantową, gdyż ten egzotyczny stan pozostaje wolny od wpływu jakichkolwiek zakłóceń powodowanych ruchem cieplnym" - wyjaśnia Matthias Lettner, współautor artykułu. "To umożliwia bardzo sprawne przechowywanie i wyszukiwanie informacji oraz utrzymywanie tego stanu przez długi czas. Wymiana informacji kwantowych między fotonami a atomami układów kwantowych wymaga silnej interakcji światło-materia. W przypadku pojedynczego atomu osiągamy to poprzez wielokrotne odbicia między dwoma lustrami rezonatora, podczas gdy w przypadku BEC interakcja światło-materia jest wzmacniana przez dużą liczbę atomów." Ogólnym celem projektu AQUTE jest opracowanie technologii kwantowych opartych na systemach atomowych, molekularnych i optycznych (AMO) na potrzeby skalowalnej informatyki kwantowej i technologii bazujących na splątaniu, takich jak metrologia czy odczyt fizyczny. Ponadto projekt ma ustanowić i wykorzystywać nowe powiązania interdyscyplinarne wynikające z fizyki AMO, włączając również koncepcje i eksperymentalne środowiska układów stanu stałego, aby zacieśnić relacje interdyscyplinarne na pograniczach informatyki kwantowej i innych dziedzin fizyki, czy też nauki w ogóle, oraz dojść do nowych systemów hybrydowych, które łączą w spójny sposób różne pod względem fizycznym kwantowe stopnie swobody.Więcej informacji: Instytut Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka: http://www.mpq.mpg.de/cms/mpq/en/index.html
Kraje
Niemcy