Nastavení optického rezonátoru ve vakuu. Mezi kuželovitými zrcadly uvnitř držáku je uvězněn jediný atom rubidia. Kredit: Max Planck Institute of Quantum Optics

Základem kvantového počítače mohou být fotony uvolněného z jediného atomu

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

Cooperovy páry elektronů mají opačné spiny

Cooperovy páry, tedy dvojice elektronů odpovídající za vlastnosti konvenčních supravodičů, mají vždy opačné spiny. Fyzikové …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close