Инженеры из Калифорнийского технологического института показали, что атомы в оптической полости — крошечные коробки для света, могла быть основой для создания квантового интернета. Их работа была опубликована 30 марта в журнале Nature.
Квантовые сети будут подключаться квантовых компьютеров через систему, которая также работает на квантовой, а не классической, уровень. В теории, квантовые компьютеры однажды смогут выполнять определенные функции быстрее, чем классические компьютеры, воспользовавшись специальными свойствами квантовой механики, включая принцип суперпозиции, который позволяет квантовых битов для хранения информации, как 1 и 0 одновременно.
Как они могут с классическими компьютерами, инженеры хотели бы иметь возможность подключения нескольких квантовых компьютеров, чтобы поделиться друг с другом данных и работа-создание «квантового интернета».Это открыло бы дверь для нескольких приложений, в том числе и решения вычисления, которые являются слишком большими, чтобы быть обработаны с помощью одного квантового компьютера и создания неразравно безопасной связи с использованием квантовой криптографии.
Для того, чтобы работать, квантовую сеть должна быть способна передавать информацию между двумя точками без изменения квантовых свойств передаваемой информации. Одна текущая модель работает так: один атом или ион выступает в роли квантового бита (или «кубит») хранения информации через одно из его квантовых свойств, таких как спина. Чтобы прочитать эту информацию и передают ее в другом месте, атом возбуждается импульс света, заставляя его испустить фотон, спин которого связан со спином атома. Фотон, то можно передавать информацию, запутавшись с атома на большие расстояния по оптоволоконному кабелю.
Это правда сложнее, чем кажется,. Найти атомы, которые можно контролировать и измерять, и что также не слишком чувствителен к магнитным или колебания электрического поля, которые вызывают ошибки, или декогеренции, является сложной задачей.
«Полупроводниковые излучатели, которые хорошо взаимодействуют со светом часто становятся жертвами декогеренции, то есть прекратить хранение информации таким образом, что это полезно с точки зрения квантовой инженерии», — говорит Джон Kindem (МС ’17, к. ’19), ведущий автор бумаги природы. Между тем, атомы редкоземельных элементов, у которых есть свойства, которые делают элементы полезны как кубиты — как правило, плохо взаимодействуют со светом.
Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи во главе с Калтеха Андрей Фараон (БС ’04), профессор прикладной физики и электротехники, построил нанофотоники полости, балки, около 10 микрометров в длину с периодическими нано-делать по образцу, лепили из куска хрусталя. Затем они определили редкоземельного иона иттербия в центре луча. Оптическая полость позволяет им для отражения света назад и вперед вниз луч несколько раз, пока она, наконец, поглощается Ион.
В природе документ, команда показала, что полость изменяет окружающую среду ионов, таких, что всякий раз, когда он испускает фотон, более чем 99% времени, что фотон остается в полости, где ученые могут затем эффективно собирать и обнаружить этот фотон для измерения состояния Иона. Это приводит к увеличению скорости, с которой Ион может испустить фотоны, повышении общей эффективности системы.
Кроме того, ионы иттербия способны хранить информацию в их спина за 30 миллисекунд. В это время свет может передавать информацию в путешествие по всей континентальной части Соединенных Штатов. «Это проверяет большинство коробок. Это редкоземельного Иона, который поглощает и излучает фотоны в точности так, как мы должны были бы создать квантовые сети», — говорит Фараон, профессор прикладной физики и электротехники. «Это может сформировать костяк технологии для квантового интернета».
В настоящее время, фокус команды по созданию строительных блоков квантовой сети. Далее, они надеются расширить свои эксперименты и на самом деле подключить два квантовых битов, говорит Фараон.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!