Forskere når næsten kvantegrænse med nanodrums

Ekstremt nøjagtige målinger af mikrobølgesignaler kan potentielt bruges til datakryptering baseret på kvantekryptografi og andre formål.

Forskere ved Aalto University og University of Jyväskylä har udviklet en ny metode til at måle mikrobølgesignaler ekstremt præcist. Denne metode kan bruges til behandling af kvanteinformation, for eksempel, ved effektivt at omdanne signaler fra mikrobølge kredsløb til det optiske regime.

Vigtig kvantegrænse

Hvis du prøver at stille ind på en radiostation, men tårnet er for langt væk, signalet bliver forvrænget af støj. Støjen skyldes for det meste at skulle forstærke den information, der bæres af signalet for at overføre den til en hørbar form. Ifølge kvantemekanikkens love, alle forstærkere tilføjer støj. I begyndelsen af ​​1980'erne, Den amerikanske fysiker Carlton Caves beviste teoretisk, at Heisenberg -usikkerhedsprincippet for sådanne signaler kræver, at mindst en halv energikvantstøj skal føjes til signalet. I hverdagen, denne slags støj er ligegyldig, men forskere rundt om i verden har haft til formål at skabe forstærkere, der ville komme tæt på Caves grænse.

'Kvantegrænsen for forstærkere er afgørende for måling af sarte kvantesignaler, såsom dem, der genereres ved kvanteberegning eller kvantemekanisk måling, fordi den ekstra støj begrænser størrelsen på signaler, der kan måles ', forklarer professor Mika Sillanpää.

Fra kvantebits til flyvende qubits

Indtil nu, løsningen for at komme tættest på grænsen er en forstærker baseret på superledende tunnelkryds, der blev udviklet i 1980'erne, men denne teknologi har sine problemer. Anført af Sillanpää, forskerne fra Aalto og University of Jyväskylä kombinerede en nanomekanisk resonator - en vibrerende nanodrum - med to superledende kredsløb, dvs. hulrum.

'Som resultat, vi har foretaget den mest nøjagtige mikrobølgemåling med nanodrums hidtil ', forklarer Caspar Ockeloen-Korppi fra Aalto University, der foretog den faktiske måling.

Ud over mikrobølgemålingen, denne enhed gør det muligt at transformere kvanteinformation fra en frekvens til en anden samtidig med at den forstærkes.

'Dette ville for eksempel gøre det muligt at overføre information fra superledende kvantebits til "flyvende qubits" i det synlige lysområde og tilbage', forestille sig skaberne af teorien til enheden, Tero Heikkilä, Professor ved University of Jyväskylä, og akademiforsker Francesco Massel. Derfor, metoden har potentiale for datakryptering baseret på kvantemekanik, dvs. kvantekryptografi, samt andre applikationer.