Команда из Департамента национальной лаборатории энергетики в Оук-Ридж провели серию экспериментов, чтобы лучше понять квантовую механику и добиваться достижений в области квантовых сетей и квантовых вычислений, которые могут привести к практическому применению в области кибербезопасности и других областях.
ORNL, США квантовых исследователей Джозеф обладает, Павел Lougovski, Брайан Уильямс и Николас Питерс-вместе с коллегами из Университета Пердью и Технологический институт в Перейре в Колумбии — суммарные результаты, полученные от нескольких своих последних научных статей в специальном выпуске оптического общества оптики и фотоники новости, где были представлены некоторые из наиболее значительных результатов в оптике исследований в 2019 году. Их выход был один из 30 отобранных для публикации из пула 91.
Обычный компьютер «бит» имеют значение либо 0, либо 1, а квантовые биты, называемые «кубиты», могут существовать в суперпозиции квантовых состояний с надписью 0 и 1. Эта способность делает квантовых систем, перспективных для передачи, обработки, хранения и шифрования больших объемов информации с беспрецедентной скоростью.
Изучение фотонов-отдельные частицы света, которые могут выступать в качестве кубитов — исследователи используемых источников света, называемых квантовыми оптическими частоты соты, которые содержат много точно определенными длинами волн. Потому что они путешествуют со скоростью света и не взаимодействуют с их окружающей среде, фотоны являются естественной площадкой для реализации квантовой информации на большие расстояния.
Взаимодействия между фотонами, как известно, трудно вызывать и контроль, но эти возможности, необходимые для эффективного квантовые компьютеры и квантовые ворота, которые являются квантовыми цепями, которые работают с кубитами. Несуществующий или непредсказуемые фотонных взаимодействий, сделать два-фотона квантовые ворота гораздо более сложных для освоения, чем стандартные один-фотон ворота, но исследователи достигли ряда важных вех в последнее время исследований, в которых рассматриваются эти проблемы.
Например, они внесли коррективы в существующие телекоммуникационного оборудования, используемого в научно-исследовательской оптики, чтобы оптимизировать их для квантовой фотоники. Их результаты показали новые способы, чтобы использовать эти ресурсы для традиционной и квантовой коммуникации.
«С помощью этого оборудования, чтобы манипулировать квантовыми состояниями является технологической основой всех этих экспериментов, но мы не ожидаем, чтобы иметь возможность двигаться в другом направлении и улучшить классической коммуникации, работая над квантовой связи», — заявил обладает. «Эти интересные и неожиданные выводы появились, как мы углубимся в эту область исследований».
Одним из таких инструментов, частота Splitter луча, делит единый луч света на две частоты, или цвета, света.
«Представьте, что вы луч света идет вниз оптическое волокно, которое имеет определенную частоту, скажем, красный», — сказал обладает. «Потом, пройдя через частотный разделитель луча, фотон будет оставить как двух частотах, так что это будет красный и синий.»
Члены этой команды были первыми исследователями, чтобы успешно проектировать квантовые частоты Splitter луча со стандартной построения коммуникационной технологии. Это устройство принимает в красных и синих фотонов одновременно, затем производит энергию в красный или синий частоты. Используя этот метод, чтобы сознательно изменить частоты фотонов, команда обманул упрямых частиц в благоприятное взаимодействие на основе квантовой интерференции, явление фотонов вмешиваясь со своими траекториями.
«Оказалось, что стандартных устройств обеспечивают впечатляющую контроля уровня одиночных фотонов, которые человек не знал, что было возможно», — сказал Lougovski.
Кроме того, исследователи завершили первый показ частоты Триттер, которая расщепляет луч света на трех различных частотах вместо двух. Их результаты показали, что множественные квантовой обработки информации операции могут выполняться одновременно без внесения ошибок или повреждения данных.
Другим ключевым достижением стала разработка и демонстрация команды совпадение-основе контролировать-не ворот, что позволяет один фотон для управления частотой переключения в другой фотон. Данного устройства завершено универсального квантового установить ворота, то есть любой квантовый алгоритм может быть выражен как последовательность в эти ворота.
«Квантовые вычисления приложения требуют гораздо более высокие показатели контроля, чем любой из классических вычислений», — сказал Lougovski.
Команда также закодированных квантовой информации в нескольких независимых значений, известных как степеней свободы в одиночных фотонов, что позволило им наблюдать квантовая запутанность-подобных эффектов без необходимости два отдельных частиц. Обвитие обычно включает две связанные частицы, в которой изменения состояния одной частицы также применяются к другим.
Наконец, ученые выполнили квантово моделирования реальных физических задач. В сотрудничестве с учеными из Исследовательской лаборатории ВВС, они сейчас разрабатывают крошечные, специализированные кремниевые чипы, аналогичные тем, распространенных в микроэлектронике в погоне даже лучше фотонных производительности.
«В теории, мы можем сделать все эти операции на одном фотонный чип, и мы видим большой потенциал для ведения подобных квантовых экспериментов на этой новой платформе», — заявил обладает. «Это следующий шаг, чтобы действительно перенести эту технологию вперед».
Будущее квантовых компьютеров позволит ученым моделировать невероятно сложные научные проблемы, которые невозможно было бы изучение действующей системы, даже суперкомпьютеры. В то же время, результаты команды могут помочь исследователям добавьте фотонных систем на современные высокопроизводительные вычислительные ресурсы.
«У нас очень разнообразная и талантливая команда», — сказал Lougovski. «Самое главное-мы получили результаты».
Это исследование финансировалось лаборатории ORNL, США направлено научные исследования и программы развития.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!