Νέο πείραμα μεταφράζει κβαντικές πληροφορίες μεταξύ τεχνολογιών σε ένα σημαντικό βήμα για το κβαντικό διαδίκτυο

24 Μαρτίου 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Οι ερευνητές ανακάλυψαν έναν τρόπο να «μεταφράζουν» κβαντικές πληροφορίες μεταξύ διαφορετικών ειδών κβαντικών τεχνολογιών, με σημαντικές επιπτώσεις στον κβαντικό υπολογισμό, την επικοινωνία και τη δικτύωση. Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Φύση ("Με δυνατότητα κβαντικής λειτουργίας χιλιοστών κυμάτων σε οπτική μεταγωγή με χρήση ουδέτερων ατόμων"). Αντιπροσωπεύει έναν νέο τρόπο μετατροπής κβαντικών πληροφοριών από τη μορφή που χρησιμοποιούν οι κβαντικοί υπολογιστές στη μορφή που απαιτείται για την κβαντική επικοινωνία. Μια υπεραγώγιμη κοιλότητα νιοβίου. Οι τρύπες οδηγούν σε σήραγγες που τέμνονται για να παγιδεύουν φως και άτομα. (Εικόνα: Aishwarya Kumar) Τα φωτόνια - σωματίδια φωτός - είναι απαραίτητα για τις κβαντικές τεχνολογίες πληροφοριών, αλλά διαφορετικές τεχνολογίες τα χρησιμοποιούν σε διαφορετικές συχνότητες. Για παράδειγμα, μερικές από τις πιο κοινές τεχνολογίες κβαντικών υπολογιστών βασίζονται σε υπεραγώγιμα qubits, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται από τους τεχνολογικούς γίγαντες Google και IBM. αυτά τα qubit αποθηκεύουν κβαντικές πληροφορίες σε φωτόνια που κινούνται σε συχνότητες μικροκυμάτων. Αλλά αν θέλετε να δημιουργήσετε ένα κβαντικό δίκτυο ή να συνδέσετε κβαντικούς υπολογιστές, δεν μπορείτε να στείλετε γύρω φωτόνια μικροκυμάτων επειδή η λαβή τους στις κβαντικές πληροφορίες τους είναι πολύ αδύναμη για να επιβιώσουν στο ταξίδι. "Πολλές από τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούμε για την κλασική επικοινωνία - κινητά τηλέφωνα, Wi-Fi, GPS και τέτοια πράγματα - όλες χρησιμοποιούν μικροκυματικές συχνότητες φωτός", δήλωσε ο Aishwarya Kumar, μεταδιδάκτορας στο Ινστιτούτο James Franck στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και κύριος συγγραφέας στο χαρτί. «Αλλά δεν μπορείτε να το κάνετε αυτό για την κβαντική επικοινωνία γιατί οι κβαντικές πληροφορίες που χρειάζεστε βρίσκονται σε ένα μόνο φωτόνιο. Και στις συχνότητες μικροκυμάτων, αυτές οι πληροφορίες θα θάβονται στον θερμικό θόρυβο». Η λύση είναι να μεταφέρουμε τις κβαντικές πληροφορίες σε ένα φωτόνιο υψηλότερης συχνότητας, που ονομάζεται οπτικό φωτόνιο, το οποίο είναι πολύ πιο ανθεκτικό στον θόρυβο του περιβάλλοντος. Αλλά οι πληροφορίες δεν μπορούν να μεταφερθούν απευθείας από φωτόνιο σε φωτόνιο. Αντίθετα, χρειαζόμαστε ενδιάμεσο θέμα. Ορισμένα πειράματα σχεδιάζουν συσκευές στερεάς κατάστασης για αυτόν τον σκοπό, αλλά το πείραμα του Kumar στόχευε σε κάτι πιο θεμελιώδες: τα άτομα. Τα ηλεκτρόνια στα άτομα επιτρέπεται να έχουν μόνο ορισμένες συγκεκριμένες ποσότητες ενέργειας, που ονομάζονται ενεργειακά επίπεδα. Εάν ένα ηλεκτρόνιο βρίσκεται σε χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο, μπορεί να διεγερθεί σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο χτυπώντας το με ένα φωτόνιο του οποίου η ενέργεια ταιριάζει ακριβώς με τη διαφορά μεταξύ του υψηλότερου και του χαμηλότερου επιπέδου. Ομοίως, όταν ένα ηλεκτρόνιο αναγκάζεται να πέσει σε χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο, το άτομο εκπέμπει τότε ένα φωτόνιο με ενέργεια που ταιριάζει με τη διαφορά ενέργειας μεταξύ των επιπέδων. Ένα διάγραμμα των επιπέδων ενέργειας των ηλεκτρονίων του Ρουβιδίου. Δύο από τα κενά στάθμης ενέργειας ταιριάζουν με τις συχνότητες των οπτικών φωτονίων και των φωτονίων μικροκυμάτων, αντίστοιχα. Τα λέιζερ χρησιμοποιούνται για να αναγκάσουν το ηλεκτρόνιο να μεταπηδήσει σε υψηλότερα επίπεδα ή να πέσει σε χαμηλότερα επίπεδα. (Εικόνα: Aishwarya Kumar) Τα άτομα ρουβιδίου τυχαίνει να έχουν δύο κενά στα επίπεδά τους που εκμεταλλεύεται η τεχνολογία του Kumar: ένα που ισούται ακριβώς με την ενέργεια ενός φωτονίου μικροκυμάτων και ένα που ισούται ακριβώς με την ενέργεια ενός οπτικού φωτονίου. Χρησιμοποιώντας λέιζερ για να μετατοπίσει τις ενέργειες ηλεκτρονίων του ατόμου πάνω-κάτω, η τεχνολογία επιτρέπει στο άτομο να απορροφήσει ένα φωτόνιο μικροκυμάτων με κβαντικές πληροφορίες και στη συνέχεια να εκπέμπει ένα οπτικό φωτόνιο με αυτές τις κβαντικές πληροφορίες. Αυτή η μετάφραση μεταξύ διαφορετικών τρόπων κβαντικής πληροφορίας ονομάζεται «μετατροπή». Η αποτελεσματική χρήση ατόμων για αυτόν τον σκοπό καθίσταται δυνατή χάρη στη σημαντική πρόοδο που έχουν σημειώσει οι επιστήμονες στον χειρισμό τέτοιων μικρών αντικειμένων. «Εμείς ως κοινότητα έχουμε δημιουργήσει αξιοσημείωτη τεχνολογία τα τελευταία 20 ή 30 χρόνια που μας επιτρέπει να ελέγχουμε ουσιαστικά τα πάντα σχετικά με τα άτομα», είπε ο Kumar. «Έτσι το πείραμα είναι πολύ ελεγχόμενο και αποτελεσματικό». Λέει ότι το άλλο μυστικό της επιτυχίας τους είναι η πρόοδος του πεδίου στην κβαντική ηλεκτροδυναμική κοιλότητας, όπου ένα φωτόνιο παγιδεύεται σε έναν υπεραγώγιμο, ανακλαστικό θάλαμο. Αναγκάζοντας το φωτόνιο να αναπηδήσει σε έναν κλειστό χώρο, η υπεραγώγιμη κοιλότητα ενισχύει την αλληλεπίδραση μεταξύ του φωτονίου και όποιας ύλης τοποθετείται μέσα σε αυτό. Ο θάλαμος τους δεν φαίνεται πολύ κλειστός - στην πραγματικότητα, μοιάζει περισσότερο με ένα κομμάτι ελβετικού τυριού. Αλλά αυτό που μοιάζει με τρύπες είναι στην πραγματικότητα σήραγγες που τέμνονται σε μια πολύ συγκεκριμένη γεωμετρία, έτσι ώστε τα φωτόνια ή τα άτομα να μπορούν να παγιδευτούν σε μια τομή. Είναι ένα έξυπνο σχέδιο που επιτρέπει επίσης στους ερευνητές πρόσβαση στον θάλαμο, ώστε να μπορούν να εγχύσουν τα άτομα και τα φωτόνια. Η τεχνολογία λειτουργεί με δύο τρόπους: μπορεί να μεταφέρει κβαντικές πληροφορίες από φωτόνια μικροκυμάτων σε οπτικά φωτόνια και αντίστροφα. Έτσι, μπορεί να βρίσκεται σε κάθε πλευρά μιας σύνδεσης μεγάλης απόστασης μεταξύ δύο υπεραγώγιμων κβαντικών υπολογιστών qubit και να χρησιμεύσει ως θεμελιώδες δομικό στοιχείο για ένα κβαντικό Διαδίκτυο. Αλλά ο Kumar πιστεύει ότι μπορεί να υπάρχουν πολύ περισσότερες εφαρμογές για αυτήν την τεχνολογία από την απλή κβαντική δικτύωση. Η βασική του ικανότητα είναι να εμπλέκει έντονα άτομα και φωτόνια - ένα ουσιαστικό και δύσκολο έργο σε πολλές διαφορετικές κβαντικές τεχνολογίες σε όλο το πεδίο. «Ένα από τα πράγματα για το οποίο είμαστε πραγματικά ενθουσιασμένοι είναι η ικανότητα αυτής της πλατφόρμας να δημιουργεί πραγματικά αποτελεσματική εμπλοκή», είπε. «Η διαπλοκή είναι κεντρική σχεδόν σε όλα τα κβαντικά που μας ενδιαφέρουν, από τους υπολογιστές μέχρι τις προσομοιώσεις μέχρι τη μετρολογία και τα ατομικά ρολόγια. Είμαι ενθουσιασμένος να δω τι άλλο μπορούμε να κάνουμε.”

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=62669.php