Naukowcy wymyślili idealną platformę kwantową – ma kubity jądrowe, ale na razie istnieje tylko w teorii

Redaktor NetMaster
Redaktor NetMaster
3 min. czytania

Niektóre z najbardziej stabilnych kubitów można uzyskać z jąder atomowych. Stany kwantowe jąder można zachowywać godzinami, ale nie można było ich bezpośrednio kontrolować za pomocą fotonów, a mimo to optyka pozostaje podstawą organizacji komunikacji kwantowej i kwantowego Internetu. Grupa naukowców z Massachusetts Institute of Technology znalazła rozwiązanie tego problemu i odkryła nowy sposób kontrolowania jąder atomowych, takich jak kubity, za pomocą fotonów.

Fotony jako kwanty (cząsteczki) energii promieniowania elektromagnetycznego prawie nie oddziałują z jądrami atomowymi, a ich częstotliwości drgań własnych różnią się od sześciu do dziewięciu rzędów wielkości. W normalnych warunkach fotony działają na spiny elektronów w pobliżu jąder atomowych, a efekt ten jest pośrednio przenoszony na spiny jąder. Kuszące byłoby bezpośrednie oddziaływanie na fotony jako nośniki informacji na kubity obliczeniowe lub magazynujące w postaci spinów jądrowych. Ale jak?

„Odkryliśmy nowy, potężny sposób interakcji spinów jądrowych z fotonami optycznymi z laserów” – powiedział Paola Cappellaro, profesor nauk i inżynierii jądrowej. „Ten nowy mechanizm sprzęgający pozwala na kontrolowanie i mierzenie ich [spinów], co sprawia, że ​​wykorzystanie spinów jądrowych jako kubitów jest o wiele bardziej obiecujące”. Ale na razie tylko w teorii, o czym trzeba pamiętać. Ustawienie eksperymentu będzie na kolejnym etapie badań.

Nowe podejście wykorzystuje takie właściwości niektórych jąder, jak ich wrodzony kwadrupol elektryczny. Za jego pośrednictwem jądro oddziałuje z otoczeniem, a na tę interakcję mogą wpływać kwanty światła, a tym samym wpływać na samo jądro – jego spin jądrowy, zapisując lub odczytując stan kubitu na tym jądrze. Taki efekt okazuje się prawie bezpośredni: w zależności od długości fali fotonu spin obraca się o jeden lub drugi kąt.

Powyższa ilustracja pokazuje schematycznie, jak dwie wiązki laserowe o różnych długościach fal mogą wpływać na pola elektryczne (pokazane na rysunku na różowo) otaczające jądro atomowe (beżowe owale na rysunku), działając na te pola w taki sposób, że spin jądro odchyla się w określonym kierunku, jak pokazano strzałką. A to odchylenie jest ściśle związane z częstotliwością nadchodzącej wiązki (fotonu).

Odkrycie to ma wiele potencjalnych zastosowań z pamięci kwantowej, która jest modyfikowana lub odczytywana przez fotony, a informacja ta jest natychmiast przesyłana do sieci, do systemu obliczeń, czujników i spektroskopii. Czekamy na laboratoryjne potwierdzenie proponowanej teorii. Świat potrzebuje komputerów kwantowych.

Udostępnij ten artykuł
Dodaj komentarz