Znajdź zawartość

Badacze z Cavendish Laboratory na Uniwersytecie Cambridge opracowali metodę wykrywania pojedynczego kubitu (bitu kwantowego) w gęstej chmurze 100 000 kubitów utworzonych ze spinów kwantowych kropek. Uczeni najpierw wprowadzili informację kwantową w chmurę, a następnie wykorzystali pojedynczy elektron do kontroli zachowania chmury, co ułatwiło odnalezienie wprowadzonego wcześniej kubitu. Już teraz prymitywne komputery kwantowe jakimi dysponujemy są w stanie – w niektórych wysoce specjalistycznych zastosowaniach – przewyższyć wydajnością konwencjonalne superkomputery. Jednak kwantowe urządzenia pokażą swoją pełną moc, gdy zostaną połączone za pomocą kwantowego internetu. Problem jednak w tym, że stany kwantowe są niezwykle delikatne. Wszelka ingerencja, jak np. próba ich przesłania, może je zniszczyć. Jednym z pomysłów na poradzenie temu problemowi jest ukrycie kubitu z interesującą nas informacją wewnątrz chmury złożonej z innych kubitów. Stąd też badania, które przeprowadzono na Cambridge. Opracowana przez nich technika pozwala na przesłanie kwantowej informacji do układu, w którym ma być przechowywana oraz zweryfikowanie jej stabilności. Badania prowadzono w kropkach kwantowych, gdyż to światło jest najbardziej obiecującym kandydatem do przesyłania informacji w kwantowym internecie, a kropki kwantowe są obecnie najlepszym kwantowym źródłem światła. Kropki te to miniaturowe kryształy, sztuczne atomy. Gdy jednak będziemy przesyłać kwantową informację za pomocą sieci, musimy mieć możliwość jej tymczasowego przechowywania w różnych punktach sieci. Rozwiązaniem jest przechowanie delikatnego stanu kwantowego w chmurze 100 000 jąder atomowych, które zawiera każda z kropek kwantowych. To jak ukrycie igły w stogu siana. Problem w tym, że gdy próbujemy komunikować się z tymi jądrami, mają one tendencje do przypadkowej zmiany spinów, co generuje olbrzymie zakłócenia, szum, wyjaśnia główny autor badań, profesor Mete Atature. Chmura kubitów w kropce kwantowej zwykle nie działa jak jeden organizm, przez co trudno jest odczytać zawarte w niej informacje. Jednak w 2019 roku Atature i jego zespół wykazali, że schłodzenie do bardzo niskich temperatur i wykorzystanie światła powoduje, że chmura taka zaczyna wykonywać „skoordynowany kwantowy taniec”, co znakomicie redukuje szum. Teraz ta sama grupa wykazała, że możliwa jest kontrola takiego kolektywnego stanu 100 000 atomów, dzięki czemu byli w stanie wykryć informację zapisaną w „odwróconym kwantowym bicie” ukrytym w chmurze. Czułość wykorzystanej metody wynosi 1,9 części na milion, czyli jest wystarczająca, by zauważyć pojedynczy odwrócony bit w chmurze składającej się ze 100 000 elementów. Z technicznego punktu widzenia jest to bardzo wymagające. Nie mamy możliwości skomunikowania się z chmurą, a ona nie ma możliwości skontaktowania się z nami. Możemy jednak użyć elektronu jako pośrednika. Działa on jak pies pasterski, wyjaśnia Atature. Ze wspomnianym elektronem można komunikować się za pomocą lasera. Z kolei elektron komunikuje się ze spinami atomów. W wyniku tego procesu, chaotycznie dotychczas zachowujące się spiny zaczynają organizować się wokół elektronu. W ten sposób powstają skoordynowane fale spinowe. Jeśli wyobrazimy sobie naszą chmurę spinów jako stado 100 000 poruszających się chaotycznie owiec, to trudno jest zauważyć 1 owcę, która nagle zmieniła kierunek. Jeśli jednak całe stado porusza się jak skoordynowana fala, to taka owca zmieniająca kierunek staje się dobrze widoczna, mówi uczony. Kolejnym krokiem naszych badań będzie pokazanie, że tę technikę można wykorzystać do przechowania i odczytania dowolnego kwantowego bitu z całego rejestru spinów, zapowiada doktorant Daniel Jackson z Cavendish Laboratory. W ten sposób zakończymy tworzenie układu pamięci połączonego ze źródłem światła, ważnego elementu kwantowego internetu, dodaje Dorian Gangloff. Tę samą technikę można wykorzystać w budowie komputerów kwantowych. Więcej na jej temat przeczytamy w artykule Quantum sensing of a coherent single spin excitation in a nuclear ensemble. « powrót do artykułu