Noul experiment traduce informațiile cuantice între tehnologii într-un pas important pentru internetul cuantic

24 martie 2023 (Știri Nanowerk) Cercetătorii au descoperit o modalitate de a „traduce” informațiile cuantice între diferite tipuri de tehnologii cuantice, cu implicații semnificative pentru calculul cuantic, comunicare și rețele. Cercetarea, publicată în jurnal Natură („Undă milimetrică activată cuantic la transducție optică folosind atomi neutri”). Reprezintă o nouă modalitate de a converti informațiile cuantice din formatul utilizat de computerele cuantice în formatul necesar pentru comunicarea cuantică. O cavitate supraconductoare de niobiu. Găurile duc la tuneluri care se intersectează pentru a capta lumina și atomi. (Imagine: Aishwarya Kumar) Fotonii — particule de lumină — sunt esențiali pentru tehnologiile informaționale cuantice, dar diferite tehnologii le folosesc la frecvențe diferite. De exemplu, unele dintre cele mai comune tehnologii de calcul cuantic se bazează pe qubiți supraconductori, cum ar fi cei folosiți de giganții tehnologici Google și IBM; acești qubiți stochează informații cuantice în fotoni care se mișcă la frecvențe de microunde. Dar dacă doriți să construiți o rețea cuantică sau să conectați computere cuantice, nu puteți trimite fotoni cu microunde, deoarece strângerea lor asupra informațiilor lor cuantice este prea slabă pentru a supraviețui călătoriei. „Multe dintre tehnologiile pe care le folosim pentru comunicarea clasică — telefoane mobile, Wi-Fi, GPS și alte lucruri de genul — toate folosesc frecvențele luminii cu microunde”, a spus Aishwarya Kumar, postdoctorat la Institutul James Franck de la Universitatea din Chicago și autorul principal al lucrării. „Dar nu poți face asta pentru comunicarea cuantică, deoarece informațiile cuantice de care ai nevoie sunt într-un singur foton. Și la frecvențele microundelor, aceste informații vor fi îngropate în zgomotul termic.” Soluția este de a transfera informațiile cuantice către un foton de frecvență mai mare, numit foton optic, care este mult mai rezistent la zgomotul ambiental. Dar informațiile nu pot fi transferate direct de la foton la foton; în schimb, avem nevoie de materie intermediară. Unele experimente proiectează dispozitive cu stare solidă în acest scop, dar experimentul lui Kumar a vizat ceva mai fundamental: atomii. Electronilor din atomi li se permite întotdeauna să aibă anumite cantități specifice de energie, numite niveluri de energie. Dacă un electron se află la un nivel de energie inferior, acesta poate fi excitat la un nivel de energie mai înalt, lovind-l cu un foton a cărui energie se potrivește exact cu diferența dintre nivelul superior și cel inferior. În mod similar, atunci când un electron este forțat să scadă la un nivel de energie mai scăzut, atomul emite apoi un foton cu o energie care se potrivește cu diferența de energie dintre niveluri. O diagramă a nivelurilor de energie electronică ale Rubidiuului. Două dintre decalajele de nivel de energie se potrivesc cu frecvențele fotonilor optici și, respectiv, fotonilor cu microunde. Laserele sunt folosite pentru a forța electronul să sară la niveluri mai înalte sau să coboare la niveluri inferioare. (Imagine: Aishwarya Kumar) Atomii de rubidiu se întâmplă să aibă două lacune în nivelurile lor pe care tehnologia lui Kumar le exploatează: unul care este exact egal cu energia unui foton de microunde și unul care este exact egal cu energia unui foton optic. Folosind lasere pentru a schimba energiile electronilor atomului în sus și în jos, tehnologia permite atomului să absoarbă un foton de microunde cu informații cuantice și apoi să emită un foton optic cu acea informație cuantică. Această traducere între diferite moduri de informație cuantică se numește „transducție”. Utilizarea eficientă a atomilor în acest scop este posibilă datorită progresului semnificativ pe care oamenii de știință le-au făcut în manipularea unor astfel de obiecte mici. „Noi, ca comunitate, am construit o tehnologie remarcabilă în ultimii 20 sau 30 de ani, care ne permite să controlăm în esență totul despre atomi”, a spus Kumar. „Deci experimentul este foarte controlat și eficient.” El spune că celălalt secret al succesului lor este progresul câmpului în electrodinamica cuantică a cavităților, în care un foton este prins într-o cameră supraconductoare, reflectorizante. Forțând fotonul să sară într-un spațiu închis, cavitatea supraconductoare întărește interacțiunea dintre foton și orice materie este plasată în interiorul acestuia. Camera lor nu pare foarte închisă – de fapt, seamănă mai mult cu un bloc de brânză elvețiană. Dar ceea ce arată ca niște găuri sunt de fapt tuneluri care se intersectează într-o geometrie foarte specifică, astfel încât fotonii sau atomii pot fi prinși la o intersecție. Este un design inteligent care permite, de asemenea, accesul cercetătorilor la cameră, astfel încât să poată injecta atomii și fotonii. Tehnologia funcționează în ambele sensuri: poate transfera informații cuantice de la fotonii cu microunde la fotonii optici și invers. Deci, poate fi de ambele părți ale unei conexiuni la distanță lungă între două computere cuantice qubit supraconductoare și poate servi ca element fundamental pentru un internet cuantic. Dar Kumar crede că ar putea exista mult mai multe aplicații pentru această tehnologie decât doar rețelele cuantice. Abilitatea sa de bază este de a încurca puternic atomi și fotoni - o sarcină esențială și dificilă în multe tehnologii cuantice diferite din domeniu. „Unul dintre lucrurile de care suntem cu adevărat încântați este capacitatea acestei platforme de a genera o încurcătură cu adevărat eficientă”, a spus el. „Entanglement-ul este esențial pentru aproape tot ceea ce ne interesează, de la calcul la simulări la metrologie și ceasuri atomice. Sunt încântat să văd ce altceva putem face.”

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=62669.php