كمبيوتر الكم مع واجهة

تم تطوير الوحدة الرئيسية لأجهزة الكمبيوتر الكم القابلة للتحجيم

يتم تحفيز ذرة في مرنان ضوئي بواسطة نبضات الليزر لإصدار زوج الفوتون المتشابك. يرمز اللونان الأحمر والأزرق إلى حالتين دورانيتين للذرة أو حالتين لاستقطاب الفوتونات. © MPG
قراءة بصوت عال

يمكن للكمبيوتر الكمومي تخزين البيانات في شبكة من الذرات التي يمكن التعامل معها بشكل فردي والاعتماد على الفوتونات. ومع ذلك ، يتعين على الفيزيائيين الحصول على كل ذرة لنقل معلوماتها إلى فوتون واحد. هذه هي المرة الأولى التي ينجح فيها فريق بحث ، حيث يقدمون تقريراً في النسخة الإلكترونية من مجلة "العلوم". وبالتالي ، يتم إنشاء الواجهة بين ذاكرة الكم الثابتة ، والذرة ، والوسط المتحرك ، الفوتون ، كحامل للرسالة ، وبالتالي شرط مسبق مهم لبناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية من شبكة من أي عدد من الذكريات الكمومية.

{} 1L

إن الأنظمة الكمومية التي تنفذ بنجاح حسابات الكم الأولية موجودة منذ عدة سنوات. ومع ذلك ، فإنها تعمل حتى الآن فقط مع عدد قليل من البتات الكمومية أو الببتات - ذرات أو أيونات تتولى مهام البتات الكلاسيكية في العالم الكمومي. يوضح جيرهارد ريمبي ، مدير معهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية في جارشينج: "الأنظمة السابقة غير قابلة للتطوير في بنيتها ، لذا لا يمكن توسيعها لتشمل العديد من البتات". يمكن أن يتكون الكمبيوتر الكم القابل للتطوير من شبكة من البتات ، مثل الذرات الفردية ، التي تتواصل مع بعضها البعض عبر الفوتونات. خلقت مجموعة من العلماء تحت قيادته الآن مطلبًا لجهاز كمبيوتر كم قابل للتطوير. لقد أدركت وجود واجهة بين qubit و فوتون.

قام الباحثون في جارشينج بترميز المعلومات الكمومية في الحالة الداخلية لذرة الروبيديوم. ترتبط هذه الحالة بحالة الاستقطاب الخاصة بفوتون ، والذي يصف اتجاه تذبذب كمية الضوء. في قلب هذه الواجهة أحادية الفوتون أحادية الفوتونات يوجد مرنان بصري يتكون من اثنين من المرايا العاكسة للغاية تحتوي على ذرة روبيديوم واحدة. تحفز ذرة الروبيديوم العلماء على نبضات الليزر للتألق. تضمن المسافة بين مرآتي الرنان أن الذرة لا تصدر إلا فوتونات ذات تردد معين في اتجاه محدد جيدًا. مع ذرة في الفضاء الحر هذا لا يمكن القيام به.

الدول فرضه

للذرة الآن احتمالان عند إطلاق الفوتون: تنبعث إما من الفوتون الأيمن الدائري أو الفوتوني المستقطب الدائري. نظرًا لأنه يجب الحفاظ على الزخم الزاوي الكلي ، تدور الذرة في كل حالة في الاتجاه المعاكس. بمعنى ، تدور النقاط إما لأعلى (لأسفل) أو لأسفل (لأسفل). ومع ذلك ، كما هو الحال بالنسبة للأنظمة الكمومية ، لا تختار الذرة أو الفوتون المنبعث. عرض

بدلاً من ذلك ، فإنهم يضربون كلا المسارين في نفس الوقت ، وبعد ذلك يقعون في حالات تراكب ، يتداخل فيها كلا الاحتمالين "، كما يوضح تاتجان ويلك ، أحد العلماء المشاركين. لن يكونوا قادرين على تحديد احتمال معين حتى يتم قياس حالة الاستقطاب الخاصة بالفوتون أو يدور الذرة. في هذه الحالة ، ومع ذلك ، سيتم تحديد الخاصية المقابلة على الفور لكليهما - على الرغم من أنه يجب الكشف عن خاصية واحدة فقط في القياس. وهكذا يكون الجسيمان في قيد ميكانيكي الكم.

اثنين من الفوتونات محصورة

لقد نقل الفيزيائيون الآن بشكل موثوق الحالة الكمومية للذرة إلى فوتون آخر ، بحيث لم تعد الذرة والفوتون الأول محصورين ، ولكن الفوتونين المنبعثين على التوالي. يقول جيرهارد ريمبي: "بهذه الطريقة ، يمكن قراءة المعلومات المخزنة في الذرة مرة أخرى". لهذا الغرض ، قام العلماء بتحفيز الذرة مرة أخرى بمساعدة نبضة ليزر لتشكيل الفوتون الخارجي. في هذه الحالة ، تنتقل الحالة الذرية UP إلى فوتون يسار دائريًا مستطيلًا ، وتنتقل الحالة إلى الاستقطاب الدائري الأيمن. يتم نقل جميع خصائص الحالة الذرية الغامضة إلى حد ما إلى استقطاب الفوتون الثاني. بهذه الطريقة ، يظهر فوتونان متجاوران على التوالي.

واجهة بين الذاكرة والارسال

من خلال قياس حالات الاستقطاب لكلتا الفوتونات ، أظهر العلماء تجريبياً التقييد. وهذا يعني أن كلاً من تشويش atom-photon في أول عملية تصوير ضوئي يعمل بموثوقية عالية ، وأن الواجهة بين atom و photon تنقل المعلومات الكمومية للذرة بالكامل إلى فوتون آخر GT. "مع الذرات الفردية والفوتونات الفردية ، أصبحت الواجهة بين الذاكرة الرقمية وجهاز الإرسال الرقمي للمعلومات الكمية متاحة الآن للمرة الأولى" ، يؤكد جيرهارد ريمبي. "في خطوة تالية ، نخطط لجلب الفوتونات من نظامين مرنانين ذريين ، وبالتالي إغلاق بئرين كميتين بعيدتين. لقد أعطانا هذا أولًا ، وإن كان صغيرًا ، شبكة كمومية. "

(MPG ، 25.06.2007 - NPO)