24 марта 2023 г. (Новости Наноуэрк) Исследователи открыли способ «перевода» квантовой информации между различными видами квантовых технологий, что имеет важные последствия для квантовых вычислений, связи и сетей. Исследование, опубликованное в журнале природа («Квантовая трансдукция миллиметровых волн в оптическую трансдукцию с использованием нейтральных атомов»). Он представляет собой новый способ преобразования квантовой информации из формата, используемого квантовыми компьютерами, в формат, необходимый для квантовой связи.
Ниобиевый сверхпроводящий резонатор. Отверстия ведут в туннели, которые пересекаются, чтобы улавливать свет и атомы. (Изображение: Айшвария Кумар) Фотоны — частицы света — необходимы для квантовых информационных технологий, но разные технологии используют их на разных частотах. Например, некоторые из наиболее распространенных технологий квантовых вычислений основаны на сверхпроводящих кубитах, таких как те, которые используются технологическими гигантами Google и IBM; эти кубиты хранят квантовую информацию в фотонах, движущихся на микроволновых частотах. Но если вы хотите построить квантовую сеть или соединить квантовые компьютеры, вы не можете посылать микроволновые фотоны, потому что их хватка над своей квантовой информацией слишком слаба, чтобы выжить в путешествии. «Многие технологии, которые мы используем для классической связи — сотовые телефоны, Wi-Fi, GPS и тому подобное — используют микроволновые частоты света», — сказала Айшвария Кумар, постдоктор Института Джеймса Франка при Чикагском университете. ведущий автор статьи. «Но вы не можете сделать это для квантовой связи, потому что квантовая информация, которая вам нужна, содержится в одном фотоне. А на микроволновых частотах эта информация будет скрыта тепловым шумом». Решение состоит в том, чтобы передать квантовую информацию фотону более высокой частоты, называемому оптическим фотоном, который гораздо более устойчив к окружающему шуму. Но информация не может передаваться напрямую от фотона к фотону; вместо этого нам нужна промежуточная материя. В некоторых экспериментах для этой цели разрабатываются твердотельные устройства, но эксперимент Кумара был направлен на нечто более фундаментальное: атомы. Электронам в атомах разрешено иметь только определенное определенное количество энергии, называемое энергетическими уровнями. Если электрон находится на более низком энергетическом уровне, его можно возбудить до более высокого энергетического уровня, ударив по нему фотоном, энергия которого точно соответствует разнице между более высоким и более низким уровнем. Точно так же, когда электрон вынужден перейти на более низкий энергетический уровень, атом испускает фотон с энергией, которая соответствует разнице энергий между уровнями.
Схема электронных энергетических уровней рубидия. Две щели энергетических уровней соответствуют частотам оптических фотонов и микроволновых фотонов соответственно. Лазеры используются для того, чтобы заставить электрон прыгать на более высокие уровни или опускаться на более низкие уровни. (Изображение: Айшвария Кумар) Атомы рубидия имеют две щели на своих уровнях, которые использует технология Кумара: одна точно равна энергии микроволнового фотона, а другая точно равна энергии оптического фотона. Используя лазеры для смещения энергии электронов атома вверх и вниз, технология позволяет атому поглощать микроволновый фотон с квантовой информацией, а затем излучать оптический фотон с этой квантовой информацией. Этот перевод между различными режимами квантовой информации называется «преобразованием». Эффективное использование атомов для этой цели стало возможным благодаря значительному прогрессу ученых в манипулировании такими маленькими объектами. «Мы, как сообщество, за последние 20 или 30 лет создали замечательную технологию, которая позволяет нам контролировать практически все, что касается атомов», — сказал Кумар. «Так что эксперимент очень контролируемый и эффективный». Он говорит, что еще одним секретом их успеха является прогресс в области квантовой электродинамики резонатора, где фотон захватывается сверхпроводящей отражающей камерой. Заставляя фотон прыгать в замкнутом пространстве, сверхпроводящая полость усиливает взаимодействие между фотоном и любой материей, находящейся внутри него. Их камера не выглядит очень закрытой — на самом деле она больше напоминает кусок швейцарского сыра. Но то, что выглядит как дыры, на самом деле является туннелями, которые пересекаются в очень специфической геометрии, так что фотоны или атомы могут быть захвачены на пересечении. Это умная конструкция, которая также позволяет исследователям получить доступ к камере, чтобы они могли вводить атомы и фотоны. Технология работает в обоих направлениях: она может передавать квантовую информацию от микроволновых фотонов к оптическим фотонам и наоборот. Таким образом, он может находиться по обе стороны от дальней связи между двумя квантовыми компьютерами со сверхпроводящими кубитами и служить фундаментальным строительным блоком для квантового интернета. Но Кумар считает, что у этой технологии может быть гораздо больше применений, чем просто квантовая сеть. Его основная способность состоит в том, чтобы сильно запутывать атомы и фотоны — важная и сложная задача во многих различных квантовых технологиях в этой области. «Одна из вещей, которая нас очень порадовала, — это способность этой платформы генерировать действительно эффективную запутанность», — сказал он. «Запутанность занимает центральное место почти во всем, что нас волнует, — от вычислений до моделирования, метрологии и атомных часов. Я рад видеть, что еще мы можем сделать».
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- Источник: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=62669.php
- :является
- $UP
- 10
- 7
- 8
- 9
- a
- способность
- О нас
- доступ
- через
- на самом деле
- против
- позволяет
- окружающий
- суммы
- и
- Приложения
- МЫ
- около
- AS
- At
- атом
- автор
- основанный
- BE
- , так как:
- между
- Заблокировать
- подпрыгивать
- строить
- Строительство
- построенный
- by
- под названием
- CAN
- заботится
- Центр
- центральный
- определенный
- камера
- Чикаго
- Часы
- тесно
- Общий
- Связь
- сообщество
- компьютеры
- вычисление
- Свяжитесь
- связи
- контроль
- контроль
- конвертировать
- Основные
- Время
- Проект
- Устройства
- разница
- различный
- трудный
- непосредственно
- открытый
- не
- вниз
- Падение
- фактически
- эффективный
- или
- электронов
- энергетика
- Равно
- существенный
- по существу
- Эфир (ETH)
- НИКОГДА
- многое
- точно,
- пример
- возбужденный
- эксперимент
- использует
- поле
- Что касается
- Форс-мажор
- формат
- от
- фундаментальный
- порождать
- геометрия
- получить
- GPS
- происходить
- Есть
- высший
- ударять
- Отверстия
- HTTPS
- IBM
- изображение
- последствия
- важную
- in
- информация
- вместо
- Институт
- взаимодействие
- посредник
- Интернет
- пересечение
- IT
- ЕГО
- журнал
- JPG
- Прыгать
- лазеры
- Фамилия
- вести
- Lets
- уровень
- уровни
- легкий
- такое как
- посмотреть
- выглядит как
- серия
- сделанный
- манипуляционная
- многих
- Совпадение
- Вопрос
- метрология
- средняя
- Режимы
- БОЛЕЕ
- самых
- двигаться
- Необходимость
- необходимый
- сеть
- сетей
- Нейтральные
- Новые
- Шум
- объекты
- of
- on
- ONE
- Другое
- бумага & картон
- телефоны
- фотон
- Платформа
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- возможное
- Прогресс
- опубликованный
- цель
- Квантовый
- квантовые компьютеры
- квантовые вычисления
- квантовая информация
- Квантовый Интернет
- квантовая сеть
- Кубит
- кубиты
- RE
- замечательный
- представляет
- исследованиям
- исследователи
- походит
- упругий
- соответственно
- Сказал
- говорит
- Ученые
- Secret
- служить
- сдвиг
- значительный
- Аналогичным образом
- одинарной
- Сидящий
- небольшой
- So
- твердый
- Решение
- некоторые
- удалось
- Space
- конкретный
- Область
- Шаг
- магазин
- укрепляет
- сильно
- успех
- такие
- выживать
- швейцарский
- Сложность задачи
- технологии
- технические гиганты
- технологии
- Технологии
- который
- Ассоциация
- информация
- их
- Их
- тепловой
- Эти
- вещи
- Думает
- в
- слишком
- перевод
- переданы
- Переводы
- путешествие
- Университет
- Чикагский университет
- us
- использование
- Wave
- Путь..
- способы
- Что
- , которые
- Wi-Fi
- будете
- работает
- лет
- зефирнет