การทดลองใหม่แปลข้อมูลควอนตัมระหว่างเทคโนโลยีในขั้นตอนสำคัญสำหรับอินเทอร์เน็ตควอนตัม

24 มี.ค. 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) นักวิจัยได้ค้นพบวิธี "แปล" ข้อมูลควอนตัมระหว่างเทคโนโลยีควอนตัมประเภทต่างๆ โดยมีผลกระทบที่สำคัญต่อการประมวลผลควอนตัม การสื่อสาร และเครือข่าย งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร ธรรมชาติ (“คลื่นมิลลิเมตรที่ใช้ควอนตัมเพื่อการถ่ายโอนทางแสงโดยใช้อะตอมที่เป็นกลาง”). แสดงถึงวิธีใหม่ในการแปลงข้อมูลควอนตัมจากรูปแบบที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ไปเป็นรูปแบบที่จำเป็นสำหรับการสื่อสารควอนตัม ช่องตัวนำยิ่งยวดของไนโอเบียม หลุมดังกล่าวนำไปสู่อุโมงค์ที่ตัดกันเพื่อดักจับแสงและอะตอม โฟตอนซึ่งเป็นอนุภาคของแสงมีความจำเป็นสำหรับเทคโนโลยีสารสนเทศควอนตัม แต่เทคโนโลยีที่แตกต่างกันจะใช้โฟตอนในความถี่ที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้กันทั่วไปบางส่วนนั้นใช้คิวบิตตัวนำยิ่งยวด เช่น เทคโนโลยียักษ์ใหญ่อย่าง Google และ IBM; คิวบิตเหล่านี้เก็บข้อมูลควอนตัมเป็นโฟตอนที่เคลื่อนที่ที่ความถี่ไมโครเวฟ แต่ถ้าคุณต้องการสร้างเครือข่ายควอนตัม หรือเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ควอนตัม คุณจะไม่สามารถส่งโฟตอนไมโครเวฟไปรอบๆ ได้ เนื่องจากการยึดครองข้อมูลควอนตัมของพวกมันนั้นอ่อนแอเกินกว่าจะรอดจากการเดินทางได้ “เทคโนโลยีมากมายที่เราใช้สำหรับการสื่อสารแบบคลาสสิก เช่น โทรศัพท์มือถือ, Wi-Fi, GPS และอะไรทำนองนั้น ล้วนใช้ความถี่ไมโครเวฟของแสง” ไอศวรรยา กุมาร์ นักศึกษาปริญญาเอกจากสถาบันเจมส์ แฟรงค์ แห่งมหาวิทยาลัยชิคาโก กล่าวและ ผู้เขียนนำบนกระดาษ “แต่คุณไม่สามารถทำเช่นนั้นกับการสื่อสารควอนตัมได้ เพราะข้อมูลควอนตัมที่คุณต้องการอยู่ในโฟตอนเดียว และที่ความถี่ไมโครเวฟ ข้อมูลนั้นจะถูกฝังอยู่ในสัญญาณรบกวนความร้อน” วิธีแก้ไขคือการถ่ายโอนข้อมูลควอนตัมไปยังโฟตอนความถี่สูงกว่า เรียกว่าโฟตอนแบบออปติคัล ซึ่งทนทานต่อเสียงรบกวนรอบข้างได้มากกว่ามาก แต่ข้อมูลไม่สามารถถ่ายโอนจากโฟตอนหนึ่งไปยังอีกโฟตอนได้โดยตรง เราต้องการตัวกลางแทน การทดลองบางอย่างออกแบบอุปกรณ์โซลิดสเตตเพื่อจุดประสงค์นี้ แต่การทดลองของ Kumar มุ่งเป้าไปที่บางสิ่งที่เป็นพื้นฐานมากกว่า นั่นก็คือ อะตอม อิเล็กตรอนในอะตอมได้รับอนุญาตให้มีพลังงานในปริมาณเฉพาะเจาะจงเท่านั้น ซึ่งเรียกว่าระดับพลังงาน หากอิเล็กตรอนนั่งอยู่ที่ระดับพลังงานต่ำ ก็สามารถตื่นเต้นกับระดับพลังงานที่สูงขึ้นได้โดยการชนเข้ากับโฟตอนซึ่งมีพลังงานตรงกับความแตกต่างระหว่างระดับที่สูงขึ้นและต่ำลงทุกประการ ในทำนองเดียวกัน เมื่ออิเล็กตรอนถูกบังคับให้ลดระดับพลังงานลง อะตอมจะปล่อยโฟตอนออกมาด้วยพลังงานที่ตรงกับความแตกต่างของพลังงานระหว่างระดับต่างๆ แผนภาพระดับพลังงานอิเล็กตรอนของรูบิเดียม ช่องว่างระดับพลังงานสองช่องตรงกับความถี่ของโฟตอนแสงและโฟตอนไมโครเวฟตามลำดับ เลเซอร์ใช้เพื่อบังคับให้อิเล็กตรอนกระโดดไปยังระดับที่สูงขึ้นหรือลดลงไปยังระดับที่ต่ำกว่า อะตอมของรูบิเดียมมีช่องว่างสองช่องในระดับที่เทคโนโลยีของ Kumar ใช้ประโยชน์ ช่องหนึ่งเท่ากับพลังงานของโฟตอนไมโครเวฟทุกประการ และอีกช่องหนึ่งเท่ากับพลังงานของโฟตอนเชิงแสงทุกประการ ด้วยการใช้เลเซอร์เพื่อเลื่อนพลังงานอิเล็กตรอนของอะตอมขึ้นและลง เทคโนโลยีนี้ช่วยให้อะตอมดูดซับโฟตอนไมโครเวฟด้วยข้อมูลควอนตัม จากนั้นจึงปล่อยโฟตอนเชิงแสงด้วยข้อมูลควอนตัมนั้น การแปลระหว่างโหมดต่างๆ ของข้อมูลควอนตัมนี้เรียกว่า "การถ่ายโอน" การใช้อะตอมอย่างมีประสิทธิผลเพื่อจุดประสงค์นี้เกิดขึ้นได้จากความก้าวหน้าที่สำคัญที่นักวิทยาศาสตร์ได้ทำในการจัดการกับวัตถุขนาดเล็กดังกล่าว “เราในฐานะชุมชนได้สร้างเทคโนโลยีที่น่าทึ่งในช่วง 20 หรือ 30 ปีที่ผ่านมา ซึ่งช่วยให้เราควบคุมทุกอย่างเกี่ยวกับอะตอมได้” Kumar กล่าว “ดังนั้นการทดลองจึงได้รับการควบคุมและมีประสิทธิภาพมาก” เขากล่าวว่าความลับอีกประการหนึ่งของความสำเร็จของพวกเขาคือความก้าวหน้าของสนามแม่เหล็กควอนตัมไฟฟ้าไดนามิกส์แบบคาวิตี้ โดยที่โฟตอนติดอยู่ในห้องสะท้อนแสงที่มีตัวนำยิ่งยวด การบังคับให้โฟตอนเด้งไปรอบๆ ในพื้นที่ปิด ช่องตัวนำยิ่งยวดจะเสริมปฏิสัมพันธ์ระหว่างโฟตอนกับสสารใดๆ ก็ตามที่อยู่ภายในนั้นให้แข็งแกร่งขึ้น ห้องของพวกเขาดูไม่ปิดมากนัก ที่จริงแล้วมันมีลักษณะคล้ายกับก้อนชีสสวิสมากกว่า แต่สิ่งที่ดูเหมือนหลุมนั้นแท้จริงแล้วคืออุโมงค์ที่ตัดกันในเรขาคณิตที่เฉพาะเจาะจงมาก ดังนั้นโฟตอนหรืออะตอมจึงสามารถติดอยู่ที่ทางแยกได้ เป็นการออกแบบที่ชาญฉลาดที่ช่วยให้นักวิจัยสามารถเข้าถึงห้องทดลองเพื่อฉีดอะตอมและโฟตอนได้ เทคโนโลยีนี้ทำงานได้ทั้งสองวิธี โดยสามารถถ่ายโอนข้อมูลควอนตัมจากโฟตอนไมโครเวฟไปยังโฟตอนเชิงแสง และในทางกลับกัน ดังนั้นจึงสามารถอยู่ที่ด้านใดด้านหนึ่งของการเชื่อมต่อระยะไกลระหว่างคอมพิวเตอร์ควอนตัมคิวบิตที่มีตัวนำยิ่งยวดสองตัว และทำหน้าที่เป็นหน่วยการสร้างพื้นฐานของอินเทอร์เน็ตควอนตัม แต่ Kumar คิดว่าอาจมีการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ได้มากกว่าแค่เครือข่ายควอนตัม ความสามารถหลักของบริษัทคือการพันอะตอมและโฟตอนเข้าด้วยกัน ซึ่งเป็นงานที่สำคัญและยากในเทคโนโลยีควอนตัมต่างๆ ทั่วทั้งสาขา “สิ่งหนึ่งที่เราตื่นเต้นมากคือความสามารถของแพลตฟอร์มนี้ในการสร้างสิ่งกีดขวางที่มีประสิทธิภาพจริงๆ” เขากล่าว “ความพัวพันเป็นศูนย์กลางของควอนตัมเกือบทุกอย่างที่เราใส่ใจ ตั้งแต่การคำนวณไปจนถึงการจำลองไปจนถึงมาตรวิทยาและนาฬิกาอะตอม ฉันตื่นเต้นที่จะได้เห็นว่าเราจะทำอะไรได้อีก”

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=62669.php