Лазерная петля связывает квантовые системы на расстоянии
Впервые исследователям удалось создать сильную связь между квантовыми системами на большем расстоянии. Они достигли этого с помощью нового метода, в котором лазерная петля соединяет системы, обеспечивая почти без потерь обмен информацией и сильное взаимодействие между ними. Физики сообщили, что новый метод открывает новые возможности в квантовых сетях и технологии квантовых датчиков.
Квантовая технология в настоящее время является одной из самых активных областей исследований во всем мире. Для создания, например, новых датчиков для медицины и навигации, сетей для обработки информации и мощных симуляторов для материаловедения используются специальные свойства квантово-механических состояний атомов, света или наноструктур. Генерация этих квантовых состояний обычно требует сильного взаимодействия между вовлеченными системами, например, между несколькими атомами или наноструктурами.
Однако до настоящего времени достаточно сильные взаимодействия ограничивались короткими расстояниями. Как правило, две системы должны быть размещены близко друг к другу на одном чипе при низких температурах или в одной вакуумной камере, где они взаимодействуют с помощью электростатических или магнитостатических сил. Однако их соединение на большие расстояния требуется для многих приложений, таких как квантовые сети или датчики определенных типов.
Команда физиков, возглавляемая профессором Филиппом Тройтляйном из физического факультета Университета Базеля и Швейцарского института нанонауки (SNI), впервые преуспела в создании сильной связи между двумя системами на большем расстоянии по комнате температура окружающей среды. В своем эксперименте исследователи использовали лазерный свет, чтобы связать колебания мембраны толщиной 100 нанометров с движением вращения атомов на расстоянии одного метра. В результате каждая вибрация мембраны приводит вращение атомов в движение и наоборот.
Петля света действует как механическая пружина
Эксперимент основан на концепции, разработанной исследователями совместно с физиком-теоретиком профессором Клеменсом Хаммерером из Ганноверского университета. Он включает в себя отправку луча лазера назад и вперед между системами. «Затем свет ведет себя как механическая пружина, натянутая между атомами и мембраной, и передает силы между ними», — объясняет доктор Томас Карг, который проводил эксперименты в рамках своей докторской диссертации в Университете Базеля. В этой лазерной петле можно управлять свойствами света таким образом, чтобы информация о движении двух систем не терялась в окружающей среде, что гарантирует, что квантово-механическое взаимодействие не нарушается.
Исследователям удалось впервые реализовать эту концепцию экспериментально и использовать ее в серии экспериментов. «Связь квантовых систем со светом очень гибкая и универсальная», — объясняет Тройтляйн. «Мы можем управлять лазерным лучом между системами, что позволяет нам генерировать различные типы взаимодействий, которые полезны, например, для квантовых датчиков».
Читайте также: путь к квантовым вычислениям при комнатной температуре, почитать можно тут.
Новый инструмент для квантовых технологий
В дополнение к связыванию атомов с наномеханическими мембранами, новый метод может также использоваться в нескольких других системах; например, при соединении сверхпроводящих квантовых битов или твердотельных спиновых систем, используемых в исследованиях квантовых вычислений. Новый метод связи, опосредованный светом, можно использовать для соединения таких систем, создавая квантовые сети для обработки информации и моделирования. Тройтлайн убежден: «Это новый, очень полезный инструмент для нашего набора инструментов квантовой технологии».
Эксперименты, проведенные исследователями в Базеле, финансировались Европейским исследовательским советом в рамках проекта MODULAR и SNI PhD School.
Короткий URL: https://nexusrus.com/?p=128617
Добавил: