Tæppe af lys kan give bedre kvantecomputere

Kvantemekanik er en af ​​de mest vellykkede naturvidenskabelige teorier, og selvom dens forudsigelser ofte er modstridende, der er ikke udført et enkelt eksperiment til dato, hvor teorien ikke har været i stand til at give en tilstrækkelig beskrivelse.

Sammen med kolleger ved bigQ (Center for makroskopiske kvantestater - et dansk National Research Foundation Center of Excellence), centerleder prof. Ulrik Lund Andersen arbejder på at forstå og udnytte makroskopiske kvanteeffekter.

"Den fremherskende opfattelse blandt forskere er, at kvantemekanik er en universelt gyldig teori og derfor også anvendelig i den makroskopiske daglige verden, vi normalt lever i. Dette betyder også, at det skal være muligt at observere kvantefænomener i stor skala, og det er netop det, vi stræber efter at gøre i Dansk National Research Foundation Center of Excellence bigQ, «siger Lund Andersen.

I en ny artikel i det prestigefyldte internationale tidsskrift Videnskab , forskerne beskriver, hvordan det er lykkedes at skabe sammenfiltrede, presset lys ved stuetemperatur, en opdagelse, der kunne bane vejen for billigere og mere kraftfulde kvantecomputere. Deres arbejde vedrører et af de mest notorisk vanskelige kvantefænomener at forstå:sammenfiltring. Den beskriver, hvordan fysiske objekter kan bringes i en tilstand, hvor de er så indviklet forbundet, at de ikke længere kan beskrives individuelt.

Hvis to objekter er sammenfiltrede, de skal ses som en samlet helhed, uanset hvor langt de er fra hinanden. De vil stadig opføre sig som en enhed - og hvis objekterne måles individuelt, resultaterne vil blive korreleret i en sådan grad, at det ikke kan beskrives ud fra de klassiske naturlove. Dette er kun muligt ved hjælp af kvantemekanik.

Forvikling er ikke begrænset til par af objekter. I deres bestræbelser på at observere kvantefænomener i en makroskopisk skala, det lykkedes forskerne ved bigQ at skabe et netværk på 30, 000 sammenfiltrede lyspulser arrangeret i et todimensionalt gitter fordelt i rum og tid. Det er næsten som når et utal af farvede tråde væves sammen til et mønstret tæppe.

Forskerne har produceret lysstråler med særlige kvantemekaniske egenskaber (pressede tilstande) og vævet dem sammen ved hjælp af optiske fiberkomponenter for at danne en ekstremt sammenfiltret kvantetilstand med en todimensionel gitterstruktur-også kaldet en klyngetilstand.

"I modsætning til traditionelle klyngestater, vi gør brug af den tidsmæssige frihedsgrad til at opnå det todimensionale sammenfiltrede gitter på 30.000 lysimpulser. Den eksperimentelle opsætning er faktisk overraskende enkel. Det meste af indsatsen var at udvikle ideen om klynge -statens generation, ”siger Mikkel Vilsbøll Larsen, hovedforfatter til værket.

At skabe en så omfattende grad af kvantefysisk sammenfiltring er i sig selv interessant grundforskning. Klyngetilstanden er også en potentiel ressource til oprettelse af en optisk kvantecomputer. Denne tilgang er et interessant alternativ til de mere udbredte superledende teknologier, da alt foregår ved stuetemperatur.

Ud over, laserlysets lange sammenhængstid kan udnyttes - hvilket betyder, at det opretholdes som en præcist defineret lysbølge selv over meget lange afstande.

En optisk kvantecomputer vil derfor ikke kræve dyr og avanceret køleteknologi. På samme tid, dets informationsbærende lysbaserede qubits i laserlyset vil være meget mere holdbare end deres ultrakolde elektroniske slægtninge, der bruges i superledere.

"Gennem fordelingen af ​​den genererede klyngetilstand i rum og tid, en optisk kvantecomputer kan også lettere skaleres til at indeholde hundredvis af qubits. Dette gør den til en potentiel kandidat til den næste generation af større og mere kraftfulde kvantecomputere, ”tilføjer Ulrik Lund Andersen.