Naukowcy z Instytutu Maxa Plancka dla Nauki o Świetle (MPL) osiągnęli znaczący postęp w technologii kwantowej, demonstrując efektywny sposób sprzęgania fotonów z fononami akustycznymi. Metoda ta wykazuje wyjątkową odporność na zakłócenia zewnętrzne, co jest często wyzwaniem w systemach kwantowych. Ich badania zostały opublikowane w czasopiśmie "Physical Review Letters".

Sprzęganie kwantowe: fundament technologii kwantowych

Sprzęganie kwantowe umożliwia, aby stan jednej cząstki natychmiast wpływał na stan drugiej, niezależnie od odległości między nimi. Zjawisko to jest kluczowe dla rozwoju bezpiecznych komunikacji kwantowych i zaawansowanych komputerów kwantowych. Tradycyjnie sprzęganie osiąga się między fotonami poprzez nieliniowe procesy optyczne. Jednak naukowcy z MPL zdołali połączyć fotony z fononami, kwazicząstkami reprezentującymi fale dźwiękowe, wykorzystując rozpraszanie Brillouina.

Rozpraszanie Brillouina: most między światłem a dźwiękiem

Rozpraszanie Brillouina to nieliniowy efekt optyczny, który umożliwia interakcję między falami świetlnymi a dźwiękowymi w materiale. Dzięki temu procesowi fotony i fonony mogą być połączone, tworząc hybrydowe systemy kwantowe. Metoda ta zapewnia stabilną i efektywną platformę dla aplikacji kwantowych, zwłaszcza w warunkach, gdzie obecne są zakłócenia zewnętrzne.

Odporność na zakłócenia zewnętrzne

Jednym z głównych wyzwań w technologii kwantowej jest podatność na zakłócenia zewnętrzne, które mogą zaburzać sprzęganie kwantowe. Metoda opracowana w MPL wykazuje wysoką odporność na takie zakłócenia, co jest kluczowe dla praktycznych zastosowań w komunikacji i komputerach kwantowych.

Zastosowanie w komunikacji kwantowej

Sprzęganie fotonów i fononów otwiera nowe możliwości dla rozwoju systemów komunikacji kwantowej. Fonony, ze względu na swoją naturę, mogą służyć jako pamięć kwantowa, podczas gdy fotony umożliwiają przesyłanie informacji na duże odległości. Ta kombinacja może prowadzić do bardziej efektywnych i bezpieczniejszych kanałów komunikacyjnych.

Przyszłość komputerów kwantowych

W komputerach kwantowych sprzęganie różnych stanów kwantowych jest kluczowe dla przetwarzania informacji. Integracja fotonów i fononów może umożliwić rozwój nowych kwantowych układów logicznych, które są bardziej odporne na zakłócenia i efektywniejsze w działaniu.

Praktyczna implementacja

Naukowcy wykazali, że ich metoda może być zastosowana w światłowodach i zintegrowanych układach fotonicznych. Ta elastyczność umożliwia szerokie zastosowanie w istniejących technologiach i ułatwia integrację w przyszłe systemy kwantowe.

Praca w wyższych temperaturach

Jednym z znaczących sukcesów tej metody jest możliwość pracy w temperaturach wyższych niż standardowe podejścia, które często wymagają drogiego sprzętu, takiego jak rozcieńczone chłodnice. Metoda opracowana w MPL może być używana w warunkach z temperaturami do kilkudziesięciu Kelwinów, co zmniejsza koszty i ułatwia implementację.

Źródło: Max Planck Institute for the Science of Light