Světlo a jediný elektron k detekci kvantové informace uložené ve 100 000 nukleárních kvantových bitech

Vědci našli způsob, jak pomocí světla a jediného elektronu komunikovat s oblakem kvantových bitů a zachytit jejich chování, což umožňuje zachytit jediný kvantový bit v hustém oblaku.

Vědci z Cambridgeské univerzity dokázali vstříknout „jehlu“ vysoce křehké kvantové informace do „stohu sena“ 100 000 jader. Pomocí laserů pro ovládání elektronu mohli vědci tento elektron použít k řízení chování kupce sena, aby bylo snazší najít jehlu. Mohli vidět „jehlu“ s přesností 1,9 ppm: dostatečně vysoká, aby viděli jediný kvantový bit v tomto velkém souboru.

Tato technologie umožňuje opticky posílat vysoce křehké kvantové informace do jaderného systému pro skladování a ověřovat jejich otisk s minimálním rušením. Jedná se o důležitý krok ve vývoji kvantového internetu založeného na kvantových světelných zdrojích. Výsledky budou zveřejněny v časopise Přírodní fyzika.

První kvantové počítače, které používají podivné chování subatomárních částic k překonání i těch nejsilnějších superpočítačů, jsou na obzoru. Aby však mohli plně využít svůj potenciál, musí být propojeni do sítě: kvantový internet. Kanály světla nesoucí kvantovou informaci jsou slibnými kandidáty na kvantový internet a v současné době neexistuje lepší kvantový světelný zdroj než polovodičová kvantová tečka: drobné krystaly, které jsou v podstatě umělými atomy.

Jedna věc však stojí v cestě kvantovým tečkám a kvantovému internetu: schopnost dočasně ukládat kvantové informace na stanovištích v síti.

„Řešením tohoto problému je uložit křehkou kvantovou informaci tak, že ji skryjete v oblaku 100 000 atomových jader, která každá kvantová tečka obsahuje, jako jehlu v kupce sena,“ řekl profesor Mete Atatüre z Cavendish Laboratory v Cambridge, který vede provedený výzkum. „Ale když se snažíme komunikovat s těmito jádry způsobem, jakým komunikujeme s bity, mají tendenci náhodně‚ převracet ‘, což vytváří hlučný systém. “

Mrak kvantových bitů obsažený v kvantové tečce normálně nefunguje v kolektivním stavu, což ztěžuje získání informací do nebo z něj. Atatüre a jeho kolegové však v roce 2019 ukázali, že tato jádra, pokud jsou také ochlazena na extrémně nízké teploty pomocí světla, lze přimět k tomu, aby společně prováděli „kvantové tance“, což významně snižuje hluk v systému.

Nyní ukázali další základní krok při ukládání a načítání kvantových informací v jádrech. Ovládáním kolektivního stavu 100 000 jader dokázali detekovat existenci kvantové informace jako „zrcadlený kvantový bit“ s ultravysokou přesností 1,9 ppm: dost na to, aby viděli změnu jediného bitu v oblaku jader .

„Technicky je to extrémně náročné,“ řekl Atatüre, který je také členem St. John’s College. “Nemáme žádný způsob, jak mluvit s cloudem, a cloud nemá žádný způsob, jak s námi mluvit.” Ale můžeme mluvit s elektronem: můžeme s ním komunikovat jako pes, který má sklon k ovcím. “

Pomocí světla z laseru mohou vědci komunikovat s elektronem, který pak komunikuje s rotacemi nebo inherentním momentem hybnosti jader.

Tím, že mluví s elektronem, chaotický celek otáčení začíná ochlazovat a shromažďovat se kolem elektronu pastýře. Z tohoto více uspořádaného stavu může elektron generovat spinové vlny v jádrech.

„Pokud si myslíme, že náš pavoučí mrak je stádem 100 000 ovcí, které se náhodně pohybují, je obtížné spatřit ovci, která náhle změní směr,“ řekl Atatüre. „Ale když se celé stádo pohybuje jako přesně definovaná vlna, je velmi patrná změna směru jedné ovce.“

Jinými slovy, vstřikování vlny odstřeďování z jediného převrácení jaderného otáčení do souboru usnadňuje detekci jediného převrácení jaderného otáčení mezi 100 000 jaderných otáčení.

S touto technologií mohou vědci posílat informace do kvantového bitu a „poslouchat“, co říkají spiny, s minimálním rušením až do základního limitu stanoveného kvantovou mechanikou.

„Po využití této řídicí a detekční schopnosti na tomto velkém souboru jader bude naším dalším krokem demonstrace ukládání a načítání jakéhokoli kvantového bitu z registru jaderných spinů,“ uvedl spoluautor Daniel Jackson, PhD student das Cavendish laboratoř.

„Tento krok završí kvantovou paměť spojenou se světlem – důležitý stavební kámen na cestě k realizaci kvantového internetu,“ řekl spoluautor Dorian Gangloff, výzkumný pracovník na St. John’s College.

Kromě možného využití pro budoucí kvantový internet by tato technologie mohla být užitečná také při vývoji pevných látek Kvantové výpočty.

Reference: 15. února 2021, Přírodní fyzika.
DOI: 10.1038 / s41567-020-01161-4

Výzkum částečně podpořila Evropská rada pro výzkum (ERC), Rada pro výzkum v inženýrských a fyzikálních vědách (EPSRC) a Královská společnost.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Kampaň NASA SnowEx kopání hluboko v roce 2021

Měření sněhu se může zdát jednoduché, ale každé prostředí představuje pro přístroje jedinečné výzvy. Například sněžení v lesích se zachytává na větvích nebo...

Agresivní tržní model vývoje energie z jaderné syntézy

Koncept ARC Fusion Pilot Plant byl vyvinut na MIT, aby demonstroval potenciál vysokoteplotních supravodivých magnetů pro nastavení hodnoty rychlosti fúzní energie և. Půjčka:...

Sekvence 64 úplných lidských genomů k zachycení lepší genetické rozmanitosti

Struktura genomu. Zápočet: NIH Sekvence 64 lidských genomů poslouží jako nový odkaz na genetické modifikace a predispozici k lidským chorobám Vědci z University of Maryland...

LSD může nabídnout udržitelnou léčbu úzkosti a jiných duševních poruch

McGill studoval krok v porozumění mechanismu vlivu psychedelik na mozek a potenciálu pro terapeutické použití. Vědci z McGill University poprvé objevili jeden z možných mechanismů,...

Nenechte si ujít příští úplněk – sníh, bouře a hladový měsíc

Uznání: NASA / Bill Dunford Příští úplněk je měsíc se sněhem, bouří a hladem; měsíc během svátků svátku Puim; festival čínských luceren; Magha Purnima a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.