Sciencemag.cz
Doporučujeme
Fotony představují jednu z možností, jak realizovat qubity v kvantovém počítači, i když v současnosti většina kvantových počítačů včetně experimentálních projektů pracuje na jiných principech. V Ústavu Maxe Plancka v Garchingu u Mnichova nyní přišli s novou technikou, která umožňuje efektivně a definovaným způsobem provázat (entanglement) minimálně 14 fotonů.
„Trik tohoto experimentu spočíval v tom, že jsme k vyzařování fotonů použili jediný atom a provázali je velmi specifickým způsobem,“ říká spoluautor nového výzkumu Philip Thomas. Za tímto účelem vědci umístili atom rubidia do středu optické dutiny – jakési „ozvěnové komory“ pro elektromagnetické vlny. Pomocí laserového světla o určité frekvenci pak bylo možné přesně určit stav atomu. Pomocí dalšího řídicího impulzu vědci také cíleně spustili emisi fotonu, který byl provázán s kvantovým stavem atomu.
„Tento proces jsme opakovali několikrát a předem určeným způsobem,“ uvádí dále P. Thomas. Mezitím se s atomem určitým způsobem manipulovalo (cca otáčelo). Tímto způsobem bylo možné vytvořit řetězec až 14 fotonů, které byly vzájemně provázány rotací atomu a uvedeny do požadovaného stavu. 14 entanglovaných qubitů na bázi fotonů má být rekord, a to i v rámci laboratorních experimentů.
Důležitý ovšem nemá být jen samotný počet qubitů, ale i způsob jejich generování, podstatně odlišný od ostatních metod. Skupina fotonů vznikla z jediného atomu, byla vytvořena deterministickým způsobem. V zásadě každý řídicí impuls dokáže vygenerovat foton s požadovanými vlastnostmi. Doposud se provázání fotonů obvykle odehrávalo ve speciálních nelineárních krystalech, kde ale fotony vznikaly víceméně náhodně a proces nešlo řídit.
Nová metoda by měla umožnit generovat i podstatně vyšší počet provázaných fotonů. Použitelný foton vznikl v téměř 50 % případů po spuštění procesu (otočení atomu a „ťuknutí“ laserem) – tato účinnost je rovněž mnohem vyšší než u konkurenčních technik.
Jak uvádějí autoři výzkumu, složité výpočetní operace by vyžadovaly alespoň dva atomy jako zdroje fotonů v rezonátoru („dvourozměrný klastrový stav“), což je jejich další cíl. A nakonec, popsaná metoda generování fotonů by mohla být vhodná i pro kvantovou komunikaci.
Philip Thomas et al, Efficient generation of entangled multiphoton graph states from a single atom, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04987-5
Zdroj: Max Planck Society / Phys.org
