Физики научились управлять двумя квантовыми источниками света, а не одним
Совершив новый прорыв, исследователи из Копенгагенского университета в сотрудничестве с Рурским университетом в Бохуме решили проблему, которая годами вызывала головную боль у квантовых исследователей. Теперь исследователи могут управлять двумя источниками квантового света, а не одним. Этот колоссальный прорыв может показаться тривиальным для тех, кто не знаком с квантовой механикой, но позволяет исследователям создать явление, известное как квантово-механическая запутанность. Это, в свою очередь, открывает новые возможности для компаний и других лиц в коммерческом использовании технологии.
Иллюстрация двух чипов, состоящих из двух запутанных квантовых источников света.
Кредит: Питер Лодал
Переход от одного к двум в большинстве случаев является незначительным подвигом. Но в мире квантовой физики это имеет решающее значение. В течение многих лет исследователи по всему миру стремились разработать стабильные квантовые источники света и реализовать явление, известное как квантово-механическая запутанность — явление с почти научно-фантастическими свойствами, когда два источника света могут влиять друг на друга мгновенно и потенциально на больших расстояниях.
Запутанность — это сама основа квантовых сетей и центральная часть разработки эффективного квантового компьютера.
Сегодня исследователи из Института Нильса Бора опубликовали в журнале Science новый результат, в котором им это удалось. По словам профессора Питера Лодаля, одного из исследователей этого результата, это решающий шаг в усилиях по выводу развития квантовых технологий на новый уровень и «квантованию» компьютеров, шифрования и Интернета.
«Теперь мы можем управлять двумя квантовыми источниками света и соединять их друг с другом. Может показаться, что это не так уж и много, но это значительный прогресс, основанный на результатах последних 20 лет работы. Таким образом, мы открыли ключ к масштабированию технологии, которая имеет решающее значение для самых новаторских приложений квантового оборудования», — говорит профессор Питер Лодал, который проводит исследования в этой области с 2001 года.
Вся магия происходит в так называемом наночипе, который ненамного больше диаметра человеческого волоса. Чип разработали в последние годы.
Квантовые источники обгоняют самый мощный в мире компьютер
Группа Питера Лодала работает с типом квантовой технологии, которая использует частицы света, называемые фотонами, в качестве микропереносчиков для перемещения квантовой информации.
Хотя группа Лодаля является лидером в этой дисциплине квантовой физики, до сих пор им удавалось контролировать только один источник света за раз. Это связано с тем, что источники света чрезвычайно чувствительны к внешнему «шуму», что делает их очень трудными для копирования. В своем новом результате исследовательской группе удалось создать два идентичных источника квантового света, а не один.
Часть команды, стоящей за изобретением. Слева направо: Петер Лодал, Андерс Соренсен, Василики Ангелопулу, Ин Ван, Алексей Тиранов, Корнелис ван Дипен.
Предоставлено: Ола Дж. Джоэнсен, NBI.
«Запутанность означает, что, управляя одним источником света, вы сразу же воздействуете на другой. Это позволяет создать целую сеть запутанных квантовых источников света, которые взаимодействуют друг с другом и которые вы можете заставить выполнять квантово-битовые операции в так же, как биты в обычном компьютере, только гораздо мощнее», — объясняет постдок Алексей Тиранов, ведущий автор статьи.
Это связано с тем, что квантовый бит может быть одновременно и 1, и 0, что приводит к вычислительной мощности, недостижимой при использовании современных компьютерных технологий. По словам профессора Лодала, всего 100 фотонов, испускаемых одним квантовым источником света, будут содержать больше информации, чем может обработать самый большой в мире суперкомпьютер.
Используя 20-30 запутанных квантовых источников света, можно построить универсальный квантовый компьютер с исправлением ошибок — окончательный «Святой Грааль» для квантовых технологий, в которые крупные ИТ-компании сейчас вкладывают многие миллиарды.
Другие участники будут опираться на исследования
По словам Лодала, самая большая проблема заключалась в том, чтобы перейти от управления одним к двум квантовым источникам света. Среди прочего, это заставило исследователей разработать чрезвычайно тихие наночипы и иметь точный контроль над каждым источником света.
Благодаря новому исследовательскому прорыву фундаментальные исследования в области квантовой физики теперь на месте. Теперь пришло время другим участникам взять работу исследователей и использовать ее в своих поисках для применения квантовой физики в ряде технологий, включая компьютеры, Интернет и шифрование.
«Для университета слишком дорого построить установку, в которой мы будем управлять 15-20 квантовыми источниками света. Итак, теперь, когда мы внесли свой вклад в понимание фундаментальной квантовой физики и сделали первый шаг на этом пути, дальнейшее расширение очень важно, это технологическая задача», — говорит профессор Лодаль.
