Пластиковий шолом армії США нового покоління буде важити менше 1,5 кг
17 Червня , 2018
Нова форма речовини може бути за межами періодичної таблиці
18 Червня , 2018

Технологія передачі квантової інформації за допомогою звуку

Сучасна квантова фізика вже майже впритул наблизилася до моменту технологічного прориву, після якого на світі з’являться нові типи датчиків, безпечних комунікаційних технологій і, безумовно, квантові комп’ютери. Однак, головною перешкодою до цього прориву поки є відсутність відповідного способу з’єднання і керування досить великою кількістю компонентів квантових систем, в ролі яких можуть виступати навіть окремі атоми. Група дослідників з Віденського Технологічного університету (TU Wien) і Гарвардського університету нещодавно знайшла новий спосіб передачі квантової інформації. Вони пропонують використовувати для цього дуже слабкі механічні коливання, точніше, “пакети” цих звукових коливань, відомих під назвою фонони.

“Ми використовуємо кристали алмазів з вбудованими в них атомами кремнію – саме такий варіант реалізації квантових систем на нашу думку є найбільш перспективним” – розповідає професор Пітер Ребл (Peter Rabl), – “Звичайні алмази складаються лише з вуглецю, але заміна атомів вуглецю атомами азоту або кремнію в деяких вузлах решітки алмазу призводить до появи дефектів, які здатні зберігати в собі квантову інформацію, тобто ці дефекти є квантовими бітами, кубітами. Стан цих кубітів можна встановити і зчитати за допомогою мікрохвильових сигналів або іншими способами”.

У своїх експериментах вчені організували ланцюжок дефектів, вирівняних в одну лінію, яка є центральною віссю тонкого алмазного циліндра, довжиною кілька мікрометрів. Цей алмазний циліндр може вібрувати на власній резонансній частоті, як одна з частин камертону, проте ці коливання мають дуже малу амплітуду. Але найцікавішим є те, що фізика цих коливань описується вже не законами класичної фізики, а законами квантової механіки. Більше того, ці коливання дозволяють атомам кремнію сформувати квантово-механічний зв’язок один з одним.

“Світло складається з фотонів, квантів світла. Так само можна описати і механічні звукові коливання, кванти яких називають фононами” – розповідає професор Ребл, – “І ці фонони при відповідних умовах можуть бути носіями квантової інформації, як і фотони світла”.

Використовуючи створену ними квантову систему, вчені продемонстрували її можливості до виконання квантових обчислювальних операцій і зберігання квантової інформації. Для керування станом окремих атомів кремнію використовувалися мікрохвильові сигнали, під час зміни квантового стану ці атоми або випускали або поглинали фонони, випущені іншими атомами. Це, в свою чергу, призводило до виникнення зв’язку між атомами, основою якої є квантова заплутаність, через яку здійснювалася передача квантової інформації.
До теперішнього часу вчені навіть не підозрювали про таку можливість. “Ми очікували, що фонони будуть чимось поглинені, або розгублять свої квантові властивості, увійшовши в контакт із навколишнім середовищем” – розповідає професор Ребл, – “Проте, кристал алмазу є гарним захистом для фононів, і ми показали, що ці фонони придатні для організації взаємодії між елементами реальних квантових систем”.
“Головною перевагою нової технології є її масштабованість” – розповідає професор Ребл, – “Використовуючи фонони і мікрохвильові технології керування ними, ми зможемо будувати квантові системи практично будь-якої складності, здатні вирішувати важкі з обчислювальної точки зору завдання”.

Джерело

LEU
LEU

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: