Mokslininkai sukūrė kvantinio tinklo mazgą

Mokslininkai iš Kvantinės optikos Makso Planko instituto (Max Planck Institute of Quantum Optics) sukūrė dviejų nutolusių kvantinių sistemų susietumo būseną.

Dėl savo keistų savybių kvantinės mechanikos susietumo reiškinys (angl. entanglement) Alberto Einšteino buvo pavadintas „vaiduoklišku veikimu per atstumą“. Keletą metų mokslininkai kuria idėjas, kaip būtų galima panaudoti šį reiškinį praktiniams taikymams, pavyzdžiui, tokiems kaip visiškai saugus duomenų perdavimas. Šiam tikslui kvantinis susietumas, kuris sukuriamas lokaliame procese, turi būti išskirtas į nutolusias kvantines sistemas.

Mokslininkų grupė, vadovaujama Gerhardo Rempės (Gerhard Rempe), kuris taip pat yra Kvantinės optikos Makso Planko instituto direktorius bei Kvantinės dinamikos (Quantum Dynamics Division) skyriaus vadovas, eksperimentiškai parodė, kad dvi nutolusios atominės kvantinės sistemos gali būti sukurtos susietoje būsenoje. Darbas atspausdintas „Physical Review Letters“ žurnale. Viena sistema sudaryta iš vieno atomo, esančio optiniame rezonatoriuje, o kita – Bozė-Einšteino (Bose-Einstein) kondensate, kuris sudarytas iš šimtų tūkstančių ultrašaltų atomų. Turėdami tokią hibridinę sistemą, mokslininkai sukūrė fundamentinį kvantinio tinklo mazgą.

Kvantinio susietumo metu dvi kvantinės sistemos yra surištos tokiu būdu, kad jų savybės yra stipriai koreliuotos. Tam reikia, kad dalelės būtų šalia viena kitos. Tačiau praktiniuose kvantinio tinklo taikymuose reikia, kad susietumas būtų sukurtas tarp dviejų nutolusių mazgų. Vienas iš būdų tai pasiekti yra fotonų, kurie perneša susietuma, panaudojimas. Tai panašu į klasikinę telekomunikaciją, kai šviesa yra panaudojama informacijai pernešti tarp kompiuterių bei telefonų. Kvantiniame tinkle tai padaryti yra daug sudėtingiau, nes kvantinės būsenos yra labai lengvai pažeidžiamos, ir gali išlikti tik tuo atveju, kai dalelės yra izoliuotos nuo aplinkos.

Profesoriaus Rempės grupė įveikė šią kliūtį sukurdami dvi atomines susietos būsenos sistemas, esančias skirtingose laboratorijose. Vienoje laboratorijoje rubidžio atomas yra optiniame rezonatoriuje, sudarytame iš dviejų veidrodžių. Kitą sistemą sudaro šimtai tūkstančių ultrašaltų rubidžio atomų, kurie suformuoja Bozė-Einšteino kondensatą. Bozė-Einšteino kondensate visos dalelės yra vienoje būsenoje ir pasižymi vienodomis kvantinėmis savybėmis, todėl dalelių ansamblį galima nagrinėti kaip vieną „superatomą“.

Pirmiausia lazerio impulsas stimuliuoja atskirą atomą išspinduliuoti fotoną. Šiame procese atomo vidiniai laisvės laipsniai yra susiję su fotono poliarizacija, tai yra abi dalelės yra susietoje būsenoje. Fotonas perduodamas per trisdešimt metrų ilgio optinį kabelį į kaimynystėje esančią laboratoriją, kurioje jis patenka į rubidžio atomų Bozė-Einšteino kondensatą. Fotonas yra sugeriamas atomų ansamblio. Šis procesas paverčia fotoną į bendrą sistemos sužadinimą. „Kad būtų perduota fotono nešama informacija atomų kvantinei sistemai, reikia stiprios medžiagos ir šviesos sąveikos, – paaiškino Matjasas Letneris (Matthias Lettner), kuris yra grupėje dirbantis doktorantas. – Atskiram atomui tai mes galime pasiekti gaudami daugkartinį atspindį tarp dviejų rezonatoriaus veidrodžių. Bozė-Einšteino kondensate šviesos ir medžiagos sąveika sustiprinama dideliu skaičiumi atomų.“

Kitame žingsnyje mokslininkai parodo, kad atskiras atomas ir Bozė-Einšteino kondensatas yra tarpusavyje susieti. Bozė-Einšteino kondensate esantis sugertas fotonas išgaunamas lazerio impulsu, o atskiro atomo būsena nuskaitoma sukūrus antrą fotoną. Dviejų fotonų susietumas pasiekia devyniasdešimt penkis procentus maksimaliai galimos vertės. Tai rodo, kad dviejų atominių sistemų sukurtas susietumas iš tikrųjų yra labai geras. Susietumas yra stebimas maždaug šimtą mikrosekundžių.

„Bozė-Einšteino kondensatas labai tinka kvantinei atminčiai saugoti, kadangi egzotinė būsena nepatiria šiluminio poveikio, – paaiškino Letneris. – Tai sudaro sąlygas kvantinei informacijai saugoti bei jai išgauti su dideliu efektyvumu, bei išlaikyti būseną ilgą laiką.“

Šiame eksperimente profesoriaus Rempės grupė sukūrė kvantinio tinklo mazgą, kuris sudarytas iš dviejų nutolusių, susietų bei stacionarių būsenų. Tai svarbi gairė kelyje link didesnių kvantinių tinklų, kuriuose, pavyzdžiui, informacija galėtų būti saugiai perduodama iš vienos vietos į kitą. Taip pat tokios sistemos galėtų būti panaudotos kuriant kvantinius kompiuterius, kuriuose tarp sistemos mazgų kvantiniai informacijos bitai būtų perduodami fotonais.

   

Facebook komentarai