En ny slags kvantecomputer

Kvantemekanik inkorporerer nogle meget ikke-intuitive egenskaber ved stof. Quantum superposition, for eksempel, tillader et atom at være samtidigt i to forskellige tilstande med sin spinakse peget både op og ned, eller kombinationer imellem. En computer, der anvender kvantemekanisk manipulation af atomer eller partikler, har derfor mange flere muligheder end en konventionel, der arbejder med "nuller" og "ener" og kun har to valgmuligheder, kaldet bits. En kvantecomputers hukommelse bruger i stedet det, der kaldes kvantebits - qubits - og hver qubit kan være i en superposition af disse to tilstande. Som resultat, teoretiske fysikere anslår en kvantecomputer med kun omkring hundrede af disse qubits i princippet kunne overstige computerkraften til de kraftfulde nuværende klassiske computere. At opbygge en kvantecomputer er derfor et af de vigtigste teknologiske mål inden for moderne fysik og astrofysik.

CfA -fysiker Hannes Pichler, fra CfA's Institute for Theoretical Atomic, Molekylær og optisk fysik (ITAMP), og tre kolleger har foreslået en ny måde at bygge en kvantecomputer på ved hjælp af kun et enkelt atom. Lyskvanta (fotoner) kan bruges som informationsbærere og fungere som qubits, men for at bruge dem i en kvantecomputer skal de interagere med hinanden.

Under normale forhold, imidlertid, lys interagerer ikke med sig selv, og derfor er udfordringen at skabe sammenhænge mellem dem. Nøgleidéen med deres nye papir er at lade lysfotoner fra et atom interagere med deres egne spejlbilledrefleksioner. Fotoner, som atomet udsender, reflekteres af spejlet og kan interagere igen med atomet, men med en meget lille tidsforsinkelse. Den forsinkelse, forskerne viser, resulterer i, at fotonernes kombinerede bølgeform er så kompleks, at i princippet kan enhver kvanteberegning opnås ved blot at måle de udsendte fotoner.

Den teoretiske opdagelse er ikke kun et begrebsmæssigt gennembrud inden for kvanteoptik og information, det åbner døren til ny teknologi. I særdeleshed, den foreslåede single atom-opsætning er tiltalende, da den minimerer de nødvendige ressourcer og kun bygger på elementer, der allerede er blevet demonstreret i topmoderne eksperimenter.