Практичный источник фотонов для квантовых вычислений создали ученые

Ученые создали надежно работающий источник квантов света (фотонов), находящихся в так называемом "запутанном" состоянии, когда изменение свойств одного из них влияет на свойства другого, что может быть использовано в конструкции квантовых компьютеров будущего, сообщается в статье исследователей, опубликованной в Nature в четверг.

Интересно

Знаете ли вы, что ...

Понятие «белый шум» описывает такой сигнал, который имеет равномерную спектральную плотность на всех частотах и дисперсию, равную бесконечности. В качестве примера белого шума очень часто приводят звук падающего водопада. Однако есть и шумы иной цветности, например, розовый, красный, фиолетовый, синий, серый и т.д. Так, розовым называют такой сигнал, когда его плотность обратно пропорциональна частоте, красным – сигнал, плотность которого обратно пропорциональна квадрату частоты и т.д.

Смотрите также

  • Разработана конструкция над ... «Запутанные» фотоны, используемые при тестировании прототипов сис ...   подробно
  • Физики выяснили законы жидк ... Статья исследователя опубликована в журнале Physical Review Lette ...   подробно
  • Физики достоверно обнаружил ... Пока работа не опубликована в научном рецензируемом журнале. Прес ...   подробно
  • Физики выяснили законы жидк ... Статья исследователя опубликована в журнале Physical Review Lett ...   подробно

Новинки

другие новинки
PODClubИсследованияНаука и техника → Практичный источник фотонов для квантовых вычислений создали ученые


"Запутанное" состояние материи, отдельных элементарных частиц, атомов или их скоплений, состоит в том, что будучи разделенными большими расстояниями, на которых никакие физические силы их уже не связывают, частицы ведут себя так, как будто между ними происходит какое-то взаимодействие, а изменение состояния одной частицы в системе приводит к закономерному изменению состояния другой.

Это явление до сих пор остается во многом загадочным для физиков: ученым пока неизвестно, как именно и с какой скоростью происходит передача информации о состоянии одной частицы к другой, однако ничто не мешает им пытаться применить его, руководствуясь многолетним опытом наблюдений.

Наиболее перспективным применением таких "запутанных" частиц является создание так называемых "квантовых компьютеров". Преимуществом этих компьютеров, пока что только в теории, является невероятная скорость обработки информации, которая должна позволить им в будущем решать задачи, непосильные даже для самых современных суперкомпьютеров.

Принципиальным отличием квантовых компьютеров от современных является использование в них "запутанных" частиц в роли так называемых квантовых битов, кубитов, вместо двоичной системы представления информации в виде 0 и 1. Кубиты, в отличие от битов - единичных ячеек информации в современных компьютерах - могут не только находиться в запутанном состоянии, но и в одно и то же время находиться в двух различных состояниях (0 и 1).

Наиболее просто в качестве кубитов использовать кванты света - фотоны, однако надежно работающих источников таких запутанных пар фотонов до настоящего времени не существовало. Для получения запутанных фотонов в лабораторных экспериментах, физики пропускали фотоны через специальные кристаллы, где те разделялись на пары, в которой каждый новый фотон обладал половиной энергии исходного. Такой процесс разделения фотонов оказывался успешным с большой долей случайности, что не позволяет использовать его для практических целей.

Группа Марка Стивенсона (Mark Stevenson) из Кембриджского университета в Великобритании, показала, что для этих же целей можно использовать обычный светодиод в сочетании с так называемыми "квантовыми точками". Квантовыми точками обычно называют полупроводниковые материалы, имеющие наноразмерные масштабы, способствующие проявлению у них квантовых эффектов, не наблюдающихся у объемных полупроводников.

В устройстве Стивенсона квантовая точка - полупроводниковый кристалл арсенида индия размером в два микрона - помещена на поверхность светодиода. При подаче электрического тока на светодиод он начинает излучать свет, который передает энергию электронам в квантовой точке. Эти электроны, переходя из одного энергетического состояния в другое, в свою очередь, излучают пары фотонов, поляризация электромагнитных колебаний в одном из которых определяет этот параметр в другом. Иными словами, эти фотонные пары находятся в запутанном состоянии.

Устройство Стивенсона надежно работает при температуре около пяти градусов Кельвина, достижимого лишь с помощью жидкого гелия, что пока что сильно ограничивает его применение. Кроме того, изготовление подобного устройства оказывается успешным только в одном случае из 100 - ученым пока сложно контролировать параметры синтеза квантовых точек так, чтобы все они могли применяться для генерации запутанных фотонов.

Тем не менее, продемонстрировав принципиальную возможность создания запутанных частиц с помощью простых электронных устройств, ученые нуждаются в будущем существенно улучшить их рабочие параметры с помощью подбора параметров используемых полупроводниковых материалов.

"Эта работа показывает, что с помощью сравнительно простой технологии можно добиться гарантированного получения запутанных фотонов, пригодных для практических применений", - сказал Армандо Растелли (Armando Rastelli), физик из Института исследования твердотельных материалов имени Лейбница в Дрездене, Германия, слова которого приводит Nature News.

Источник: РИА Новости