Effektiv produktion af optiske Schrödingers kattestater i stor størrelse

Et team af unge forskere fra Institute of Natural Sciences and Mathematics fra South Ural State University, under vejledning af fysiker og matematiker professor Sergei Podoshvedov, har foreslået en algoritmisk generator af den ikke -klassiske lystilstand, der repræsenterer en "Schrödingers kattilstand" med en meget stor amplitude. Denne algoritme spiller en vigtig rolle i kvantekobling og kvanteberegninger i det optiske felt ved brug af laserkilder. Resultaterne af dette arbejde er blevet offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

Er katten død eller i live?

Forskerne har aktivt undersøgt forskellige områder af kvantemekanik. En af disse omfattede ideen om at generere ikke -klassiske lystilstande. Forskerne har overvejet, hvilke betingelser der skal skabes for at arbejde med kvanteinformationstransmission og har bestemt muligheden for at skabe sådanne forhold i virkeligheden. Denne opgave er af interesse både fra det grundlæggende synspunkt (dvs. om det overhovedet er muligt), og fra den anvendte, da lyssignaler er i stand til at transmittere kvanteinformation ved hjælp af sammenfiltrede partikler. SUSU -forskerne har foreslået en algoritme til at skabe en lystilstand, hvor fotoner er i en Schrödingers kattilstand.

I 1935, Østrigsk fysiker Erwin Schrödinger, en af ​​de første undersøgere af kvantemekanik, foreslog et berømt tankeeksperiment, der involverede en kat, der blev opført i et kammer. Dens liv afhænger af forfaldet af et radioaktivt atom; hvis atomet forfalder, et relæ aktiverer og frigiver en hammer, der knuser en kolbe med gift, og katten er forgiftet; hvis atomet ikke forfalder, katten forbliver i live. Når kammeret er åbnet, observatøren kan kun være vidne til en af ​​to tilstande:Kernen forfalden, og katten er død, eller kernen ikke forfaldt, og katten lever. Inden det sker, den hypotetiske kat er både død og levende.

Schrödingers illustration beskriver kvantfysikkens hovedparadoks:Partikler, såsom elektroner, fotoner og endda atomer, kan eksistere i to stater på samme tid. Oprettelsen af ​​optiske elementer ved brug af elementarpartikler til kvantecomputere er en lovende retning. Højst sandsynlig, imidlertid, en kvantecomputer vil blive konstrueret baseret på flere fysiske systemer, herunder brug af optiske qubits.

I kvanteberegninger, Schrödingers kattilstand er en særlig sammenflettet (koblet) tilstand af qubits, hvor de alle er i en ligelig superposition af alle nuller og enere.

"Qubits kan blive påvirket af det omgivende miljø og, derfor, kræver pålidelige computersystemer. Alt dette stiller meget krævende krav til ethvert fysisk system baseret på qubits, samt kvanteporte, der omdanner input -tilstande for qubits til output -tilstande. Forskellige fysiske systemer kan bruges til forskellige kvanteprotokoller. I særdeleshed, da lys har den maksimalt mulige formeringshastighed og svagt interagerer med det omgivende støjende miljø, optiske systemer placeres ved siden af ​​atomsystemer, når de udvikler de mulige konfigurationer af en kvantecomputer, "forklarer Dmitrii Kuts.

Overlejringsbetingelsen gør kvantecomputere utrolig kraftfulde. Men det komplicerer beregningerne markant. Qubits må ikke blot opretholde deres tilstand; de skal også interagere med hinanden. Og situationen bliver mere kompliceret, når man overvejer samspillet mellem snesevis eller hundredvis af qubits.

Nye skridt mod at nå målet

Forskerne har til hensigt at udføre forsøg for at skabe en bestemt kilde til sammenfiltret lys uafhængigt af de indledende forhold. On-demand oprettelse af en kilde til sammenfiltring er et afgørende element for praktisk implementering af alle kvanteprotokoller, herunder oprettelse af en kvantecomputer. Løftet om kvanteberegning er effektivt at implementere uhåndterlige algoritmer til at udføre sådanne funktioner som hurtigt at vælge den rigtige løsning ud af millioner af muligheder, eller søger efter usorterede data, som ikke kan udføres effektivt af computere, der arbejder efter klassiske love. Men for at realisere en fungerende kvantecomputer, et multifunktionssæt med bestemte handlinger med et stort sæt qubits skal udføres effektivt. Mangfoldigheden af ​​de mulige tilstande for en qubit øger dens kapacitet betydeligt, og derfor, den computers potentielle regnekraft.

"Som regel, forskers ledningsforsøg kan kun implementere et meget begrænset antal nyttige tilstande i praksis. En on-demand implementering af en ønsket kvantetilstand er nøglen til driften af ​​kvantetilstande og et stort antal forskellige kvanteprotokoller. I det væsentlige, en kvantecomputer er i sig selv en generator for den nødvendige udgangstilstand, de oplysninger, der udvindes ved hjælp af målinger. Det samme kan også siges om, for eksempel, en protokol for kvanteteleportering af en ukendt tilstand, eller, Lad os sige, af et kvanteinternet. Enhver progression, det være sig en ny mekanisme eller en ny algoritme inden for kvanteteknik, bringer menneskeheden tættere på at realisere en effektiv kvantecomputer og gøre et forsøg på at kigge ud over den fysiske verdens grænser, ”siger Sergei Podoshvedov.

Selvom flere tilgange til optiske kvantecomputere er blevet foreslået, ingen er fuldstændig tilfredsstillende; eksisterende forslag er ret komplicerede eller begrænsede i anvendelsen. For eksempel, implementeringen af ​​en simpel logisk operation ville kræve et uacceptabelt stort antal yderligere operationer. Så effektivt at bruge de optiske ressourcer, interaktionsmekanismer og passende stater er stadig et åbent spørgsmål. Kvantekonstruktion af stater er fortsat et uløst problem med kvantebehandling af oplysninger.

Schrödingers kattestatus kunne give forskere mulighed for at reducere tab under kvantebehandling af oplysninger, og kan oprettes i ethvert miljø med store amplituder. Alligevel, der opstår en række problemer, når man arbejder med dem. For eksempel, disse stater skal være stabile, og kvanteoperationer skal udføres meget hurtigt. Forskere rundt om i verden arbejder på at løse disse opgaver.