Трехфотонная запутанность: достижение китайских ученых

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

В мире, где информация правит бал, скорость ее обработки становится валютой прогресса. Квантовые компьютеры, способные манипулировать данными на уровне атомов и фотонов, обещают совершить революцию в науке, медицине и технологиях. И среди претендентов на трон вычислительной мощи особое место занимают фотонные квантовые компьютеры — машины, говорящие на языке света.

3 GHZ
3 GHZ
Автор: Designer

Представьте себе компьютер, где вместо электронов по проводам бегут фотоны — кванты света. Такая машина способна выполнять вычисления с невероятной скоростью, используя феномены квантовой физики, такие как суперпозиция и запутанность. Это как жонглировать сразу несколькими шарами, но не руками, а лучами света.

Однако укрощение фотонов — задача не из легких. Слабое взаимодействие между этими частицами света ставит под сомнение возможность создания масштабируемых фотонных квантовых компьютеров. Ведь для сложных вычислений нужно уметь «связывать» фотоны в запутанные состояния, подобно тому, как жонглер соединяет шары невидимыми нитями.

И тут на сцену выходит команда ученых из Университета науки и технологий Китая, продемонстрировавшая миру «световой трюк» — трехфотонную запутанность. Это как жонглировать тремя шарами, но так, чтобы движение каждого влияло на траекторию остальных, создавая единый танец света.

Схема генерации предвестников для состояния 3 ГГц. Шестьодиночных фотонов готовятся на входных портах линейной оптической схемысхемы, где мы можем описать начальное входное квантовое состояние как|ψin⟩ = |1011010110⟩, где 0 и 1 - это количество фотоновв каждом режиме. Фотонная схема (изображена на светло-голубом фоне), содержащая двенадцать делителей пучка с тремя различными передачами 1/2 (черный), 1/4 (синий), 2/3 (оранжевый) и два πфазовращателей (фиолетовый), реализует необходимое унитарное преобразование U для состояния 3 ГГц. Состояние 3 ГГц в двухрельсовом кодировании(одиночный фотон, появляющийся только в одной из двух пространственных мод, описывает кубиты, такие как Q1, Q2 и Q3) вызывается в режимах(1-6) с помощью схемы измерения в последних четырех модах (7-10). Трифазово-настраиваемых интерферометра Маха-Цендера с фазами φi и θi(i = 1, 2, 3) используются для проведения квантовых измерений состояниясозданного состояния ГГЦ
Схема генерации предвестников для состояния 3 ГГц. Шестьодиночных фотонов готовятся на входных портах линейной оптической схемысхемы, где мы можем описать начальное входное квантовое состояние как|ψin⟩ = |1011010110⟩, где 0 и 1 — это количество фотоновв каждом режиме. Фотонная схема (изображена на светло-голубом фоне), содержащая двенадцать делителей пучка с тремя различными передачами 1/2 (черный), 1/4 (синий), 2/3 (оранжевый) и два πфазовращателей (фиолетовый), реализует необходимое унитарное преобразование U для состояния 3 ГГц. Состояние 3 ГГц в двухрельсовом кодировании(одиночный фотон, появляющийся только в одной из двух пространственных мод, описывает кубиты, такие как Q1, Q2 и Q3) вызывается в режимах(1-6) с помощью схемы измерения в последних четырех модах (7-10). Трифазово-настраиваемых интерферометра Маха-Цендера с фазами φi и θi(i = 1, 2, 3) используются для проведения квантовых измерений состояниясозданного состояния ГГЦ
Автор: Si Chen, Li-Chao Peng, Yong-Peng Guo, Xue-Mei Gu, Xing Ding, Run-Ze Liu, Xiang You, Jian Qin, Yun-Fei Wang, Yu-Ming He, Jelmer J. Renema, Yong-Heng Huo, Hui Wang, Chao-Yang Lu, Jian-Wei Pan arxiv:2307.02189 [quant-ph] https://doi.org/10.48550/arXiv.2307.02189 CC-BY 4.0 Источник: arxiv.org

Ученые использовали метод «слияния и перколяции» — словно собирали из маленьких кусочков мозаики большой и сложный узор. В основе этого узора — состояние Гринбергера-Хорна-Цайлингера (3-GHZ), которое можно представить как три запутанных фотона, связанных невидимыми нитями судьбы.

Экспериментальная установка. Одиночная квантовая точка InAs/GaAs, резонансно связанная с открытым микрорезонатором, используется для получения импульснойрезонансной флуоресценции одиночных фотонов. Длина волны этих одиночных фотонов в ближнем инфракрасном диапазоне затем преобразуется в телекоммуникационную длину волны1550 нм с помощью квантового преобразователя частоты путем соединения непрерывного лазера и одиночных фотонов в периодически поляризованном волноводе из ниобата лития.волновод. Пять пар ячеек Поккельса и поляризационных делителей луча используются для активного преобразования потока одиночных фотонов в шестьпространственных мод. Оптические волокна разной длины используются для точной компенсации временных задержек. Шесть неразличимых одиночных фотоновподаются в 12-модовую программируемую линейно-оптическую квантовую схему, которая позволяет подготовить и измерить закодированное в GHZ состояние с тремя квитами в двух рельсах. Одиночные фотоны на выходе фотонной схемы детектируются сверхпроводящими нанопроволочнымиоднофотонные детекторы. Все совпадения регистрируются блоком подсчета совпадений (не показан).
Экспериментальная установка. Одиночная квантовая точка InAs/GaAs, резонансно связанная с открытым микрорезонатором, используется для получения импульснойрезонансной флуоресценции одиночных фотонов. Длина волны этих одиночных фотонов в ближнем инфракрасном диапазоне затем преобразуется в телекоммуникационную длину волны1550 нм с помощью квантового преобразователя частоты путем соединения непрерывного лазера и одиночных фотонов в периодически поляризованном волноводе из ниобата лития.волновод. Пять пар ячеек Поккельса и поляризационных делителей луча используются для активного преобразования потока одиночных фотонов в шестьпространственных мод. Оптические волокна разной длины используются для точной компенсации временных задержек. Шесть неразличимых одиночных фотоновподаются в 12-модовую программируемую линейно-оптическую квантовую схему, которая позволяет подготовить и измерить закодированное в GHZ состояние с тремя квитами в двух рельсах. Одиночные фотоны на выходе фотонной схемы детектируются сверхпроводящими нанопроволочнымиоднофотонные детекторы. Все совпадения регистрируются блоком подсчета совпадений (не показан).
Автор: Si Chen, Li-Chao Peng, Yong-Peng Guo, Xue-Mei Gu, Xing Ding, Run-Ze Liu, Xiang You, Jian Qin, Yun-Fei Wang, Yu-Ming He, Jelmer J. Renema, Yong-Heng Huo, Hui Wang, Chao-Yang Lu, Jian-Wei Pan arxiv:2307.02189 [quant-ph] https://doi.org/10.48550/arXiv.2307.02189 CC-BY 4.0 Источник: arxiv.org

«Слияние» — это процесс объединения таких 3-GHZ состояний в более крупные кластеры, словно строительные блоки для квантовых вычислений. «Перколяция» же — это порог, который нужно преодолеть, чтобы эти блоки начали «работать» как единое целое, подобно тому, как вода просачивается сквозь почву, образуя ручейки и реки.

Китайские ученые смогли создать 3-GHZ состояние, используя однофотонный источник на фотонном чипе. Это как зажечь спичку, чтобы от нее разгорелся целый костер квантовых вычислений. Их работа — значительный шаг на пути к созданию отказоустойчивых фотонных квантовых компьютеров, способных работать без сбоев даже при наличии помех.

Однако это только начало пути. Представьте, что каждый 3-GHZ состояние — это буква в алфавите квантовых вычислений. Теперь ученым предстоит научиться складывать из этих букв слова, предложения и целые тексты, чтобы открыть миру новые горизонты познания.

Фотонные квантовые компьютеры — это не просто машины будущего, это ключи к тайнам Вселенной, способные пролить свет на самые сложные загадки науки и техники. И возможно, однажды, благодаря языку света, мы сможем расшифровать код самой реальности.

1 комментарий

a
Представьте себе компьютер, где вместо электронов по проводам бегут фотоны — кванты света.

Легко. Разного сорта геокластеры, где идет синхронизация работы узлов кластера между городами — это оптические связи (темная оптика — не путать с темной энергией). Я уж не говорю о простых fiber channel, которые используются уже десятки лет.
Смешно, но в современных мощных системах вроде oracle exadata отказались от оптики для связи между узлами в пользу меди.
P.S. Автор в школе бил баклуши. Иначе знал бы, что электроны в проводниках двигаются с очень малыми скоростями — несколько миллиметров в секунду. А передача сигнала в проводнике идет не электронами, а электромагнитным полем, которое, кто бы мог подумать, двигается со скоростью света в среде. Как можно писать квазинаучные статьи будучи совершенным невеждой в таких делах.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Капуста лопается прямо на грядке: почему это происходит и как спасти урожай

Ещё вечером грядка выглядит образцово: листья собраны в тяжёлые плотные кочаны, до уборки остаётся совсем немного. Но после ночного ливня на некоторых растениях появляются глубокие разрывы, будто...

Почему петрушка на одной грядке растёт несколько лет, а на другой постоянно приходится сеять заново

С петрушкой легко запутаться во времени. На одной грядке она будто поселилась навсегда: весной зелень появляется сама, летом кустики становятся гуще, осенью часть остаётся под снегом, а на...

Что можно приготовить летом из арбуза, дыни, тыквы и кабачка

Летом хочется готовить легко, быстро и без сложных продуктов. В это время на столе часто оказываются арбуз, дыня, кабачки и тыква. Несмотря на то что эти плоды считаются родственниками,...

Почему для атмосферы планеты океан раскаленной лавы безопаснее, чем твердая поверхность

Данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) поставили перед планетологами теоретическую проблему. Наблюдения за каменистыми экзопланетами за пределами Солнечной системы показали результаты,...

Физики отменили вердикт о «мнимости» Вселенной: как исправление одной математической ошибки вернуло квантовой теории обычные числа

Любой физический прибор фиксирует исключительно действительные величины. Стрелки измерительных шкал, цифровые датчики и спектрометры регистрируют координаты в пространстве, длительность временных...

Квантовый процессор встроили в электронный микроскоп: физики научились считывать структуру биомолекул без радиационного разрушения

Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения позволяет различать отдельные атомы в кристаллической решетке твердых тел. Однако при переносе этого метода в молекулярную биологию ученые...