Lumina și un singur electron folosit pentru a detecta informațiile cuantice stocate în 100.000 de biți cuantici nucleari

Cercetătorii au găsit o modalitate de a utiliza lumina și un singur electron pentru a comunica cu un nor de biți cuantici și pentru a detecta comportamentul lor, permițându-le să detecteze un singur bit cuantic într-un nor dens.

Cercetătorii de la Universitatea Cambridge au reușit să injecteze un „ac” cuantic cu informații foarte fragile într-un „hambar” cu 100.000 de nuclee. Folosind lasere pentru a controla un electron, cercetătorii ar putea folosi acel electron pentru a monitoriza comportamentul fânului, facilitând găsirea acului. Au reușit să detecteze acul cu o precizie de 1,9 părți pe milion – suficient de mare pentru a detecta un singur bit cuantic în acest set mare.

Tehnica face posibilă trimiterea informațiilor cuantice extrem de fragile din punct de vedere optic către un sistem nuclear pentru a le stoca și a verifica amprenta acestuia cu perturbări minime, un pas important în dezvoltarea unui Internet cuantic bazat pe surse de lumină cuantice. Rezultatele sunt raportate în jurnal Fizica naturii.

Primele computere cuantice, care vor profita de comportamentul ciudat al particulelor subatomice pentru a depăși cu mult chiar și cele mai puternice supercomputere, se află la orizont. Cu toate acestea, valorificarea întregului lor potențial va necesita o modalitate de a le conecta în rețea: un Internet cuantic. Canalele de lumină care transmit informații cuantice sunt candidați promițători pentru un Internet cuantic și în prezent nu există o sursă mai bună de lumină cuantică decât punctul cuantic semiconductor: cristale mici care sunt în esență atomi artificiali.

Cu toate acestea, un lucru stă în calea punctelor cuantice și a unui Internet cuantic: capacitatea de a stoca informații cuantice temporar în publicațiile din rețea.

„Soluția la această problemă este stocarea informațiilor cuantice fragile ascunzându-le în norul a 100.000 de nuclee atomice care conține fiecare punct cuantic, ca un ac într-un fân”, a spus profesorul Mete Atatüre de la Cavendish Laboratory din Cambridge, care a condus cercetările . „Dar dacă încercăm să comunicăm cu aceste nuclee pe măsură ce comunicăm cu biții, acestea tind să„ flip ”la întâmplare, creând un sistem zgomotos.”

Norul de biți cuantici conținut într-un punct cuantic nu acționează în mod normal într-o stare colectivă, ceea ce reprezintă o provocare pentru obținerea sau extragerea de informații. Cu toate acestea, Atatüre și colegii săi au demonstrat în 2019 că, atunci când sunt răcite la temperaturi foarte scăzute și de lumină, aceste nuclee pot fi făcute să efectueze „dansuri cuantice” la unison, reducând semnificativ cantitatea de zgomot al sistemului.

Acum, ei au arătat un alt pas fundamental către stocarea și recuperarea informațiilor cuantice în nuclee. Controlând starea colectivă a celor 100.000 de nuclee, aceștia au reușit să detecteze existența informațiilor cuantice ca „bit cuantic inversat” la o precizie ultra-înaltă de 1,9 părți pe milion: suficient pentru a vedea un singur bit răsturnat în norul miezuri.

„Din punct de vedere tehnic, acest lucru este extrem de solicitant”, a spus Atatüre, care este, de asemenea, membru al St John’s College. „Nu avem o modalitate de a„ vorbi ”cu norul, iar norul nu are un mod de a vorbi cu noi. Dar despre ce putem vorbi este un electron: putem comunica cu el ca un câine care pășește oile. “

Folosind lumina unui laser, cercetătorii sunt capabili să comunice cu un electron, care apoi comunică cu rotațiile sau impulsul unghiular inerent al nucleelor.

Pe măsură ce vorbiți cu electronul, setul haotic de rotiri începe să se răcească și să se adune în jurul electronului păstor; din această stare mai ordonată, electronul poate crea unde rotative în nuclee.

„Dacă ne imaginăm norul nostru de răsuciri ca o turmă de 100.000 de oi care se mișcă la întâmplare, este greu să vedem o oaie care își schimbă direcția brusc”, a spus Atatüre. “Dar dacă întreaga turmă se mișcă ca un val bine definit, o singură oaie care schimbă direcția devine foarte vizibilă.”

Cu alte cuvinte, injectarea unei unde rotative formată dintr-o singură rotire nucleară în set face mai ușoară detectarea unei singure rotiri nucleare între 100.000 de rotații nucleare.

Folosind această tehnică, cercetătorii sunt capabili să trimită informații la bitul cuantic și să asculte ce spun ture-urile cu o perturbare minimă, până la limita fundamentală stabilită de mecanica cuantică.

„Având în vedere această capacitate de control și detectare pe acest set mare de nuclee, următorul nostru pas va fi să demonstrăm stocarea și recuperarea unui bit cuantic arbitrar din registrul de centrifugare nucleară”, a spus co-autorul Daniel Jackson, doctorand la Cavendish Laboratory .

„Acest pas va completa o memorie cuantică conectată la lumină, un element important în realizarea internetului cuantic”, a declarat co-autorul Dorian Gangloff, cercetător la St John’s College.

În plus față de utilizarea sa potențială pentru un viitor Internet cuantic, tehnica poate fi utilă și în dezvoltarea statelor solide. calcul cuantic.

Referință: 15 februarie 2021, Fizica naturii.
DOI: 10.1038 / s41567-020-01161-4

Cercetarea a avut sprijinul parțial al Consiliului European de Cercetare (ERC), al Consiliului de Cercetare Inginerie și Științe Fizice (EPSRC) și al Societății Regale.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Noua invenție menține cuburile de lumină stabile la temperatura camerei

Cercetătorii de la Universitatea din Copenhaga au dezvoltat o nouă tehnică care menține bucățile cuantice de lumină stabile la temperatura camerei în loc să...

Ouă de pasăre marine contaminate cu cocktail chimic de aditivi din plastic

Pui de pescăruș și ouă. Credit: profesorul Jon Blount Aditivii chimici utilizați în producția de plastic au fost găsiți în ouăle de pescăruș hering,...

Oglinzi comutabile create din metal lichid

Cercetătorii au dezvoltat o modalitate de a schimba în mod dinamic suprafața metalului lichid între stările reflectante (stânga sus și dreapta jos) și dispersie...

Dieta cu junk food poate crește riscul conducerii periculoase în rândul șoferilor de camioane

Dietele nesănătoase sunt asociate cu mai multă oboseală: principalul motiv al riscului crescut de accidente, spun cercetătorii. O dietă cu junk food poate crește oboseala...

Fotosinteza artificială promite o sursă de energie curată și durabilă

Oamenii pot face multe lucruri pe care plantele nu le pot face. Putem să ne plimbăm, putem vorbi, putem auzi și vedea și...

Newsletter

Subscribe to stay updated.