Квантові фізики зробили наноскопічний прорив колосального значення

У новому прориві дослідники з Копенгагенського університету у співпраці з Рурським університетом Бохума розв’язали проблему, яка роками завдавала головного болю квантовим дослідникам. Тепер дослідники можуть керувати двома квантовими джерелами світла, а не одним. Яким би тривіальним це не здавалося тим, хто не знайомий із квантовою теорією, цей колосальний прорив дозволяє дослідникам створити явище, відоме як квантово-механічна заплутаність. Це, своєю чергою, відкриває нові двері для компаній та інших для комерційного використання технології.

Перехід від одного до другого є незначним подвигом у більшості контекстів. Але у світі квантової фізики це має вирішальне значення. Протягом багатьох років дослідники в усьому світі прагнули розробити стабільні квантові джерела світла та досягти явища, відомого як квантово-механічна заплутаність – явище з властивостями, майже схожими на наукову фантастику, коли два джерела світла можуть миттєво впливати одне на одного та потенційно на великих просторах. географічні відстані. Заплутаність є основою квантових мереж і центральною для розробки ефективного квантового комп’ютера.

Дослідники з Інституту Нільса Бора опублікували новий результат у високоповажному журналі Science, в якому їм це вдалося. За словами професора Пітера Лодала, одного з дослідників, що стоїть за результатом, це важливий крок у спробі вивести розвиток квантових технологій на наступний рівень і «квантувати» комп’ютери суспільства, шифрування та Інтернет.

«Тепер ми можемо керувати двома квантовими джерелами світла та з’єднувати їх один з одним. Це може здатися незначним, але це значний прогрес і базується на останніх 20 роках роботи. Таким чином ми розкрили ключ до розширення технології, що має вирішальне значення для найбільш новаторських додатків квантового обладнання», — каже професор Пітер Лодаль, який проводить дослідження в цій галузі з 2001 року. Вся магія відбувається в так званому наночіпі, який не набагато більший за діаметр людської волосини, який дослідники також розробили в останні роки.

Квантові джерела обігнали найпотужніший у світі комп’ютер

Група Пітера Лодала працює з типом квантової технології, яка використовує частинки світла, які називаються фотонами, як мікротранспортери для переміщення квантової інформації.

Незважаючи на те, що група Лодала є лідером у цій дисципліні квантової фізики, досі вони могли контролювати лише одне джерело світла за раз. Це пояснюється тим, що джерела світла надзвичайно чутливі до зовнішнього «шуму», тому їх дуже важко копіювати. У своєму новому результаті дослідницькій групі вдалося створити два ідентичних квантових джерела світла, а не одне.

«Заплутаність означає, що, керуючи одним джерелом світла, ви негайно впливаєте на інше. Це дає змогу створити цілу мережу заплутаних квантових джерел світла, які взаємодіють один з одним і які ви можете змусити виконувати квантові бітові операції, так само як біти у звичайному комп’ютері, тільки набагато потужніше», пояснює постдок Олексій Тиранов, провідний автор статті.

Це пояснюється тим, що квантовий біт може бути як 1, так і 0 одночасно, що призводить до обчислювальної потужності, недосяжної за допомогою сучасних комп’ютерних технологій. За словами професора Лодала, лише 100 фотонів, випромінюваних одним квантовим джерелом світла, міститимуть більше інформації, ніж може обробити найбільший у світі суперкомп’ютер.

Використовуючи 20-30 заплутаних квантових джерел світла, є потенціал для створення універсального квантового комп’ютера з виправленням помилок – найкращого «святого Грааля» для квантових технологій, у який великі ІТ-компанії зараз вкладають багато мільярдів.

Інші актори спиратимуться на дослідження

За словами Лодала, найбільшою проблемою було перейти від керування одним до двох квантових джерел світла. Серед іншого, це змусило дослідників розробити надзвичайно тихі наночіпи та мати точний контроль над кожним джерелом світла.

Завдяки новому дослідницькому прориву фундаментальні дослідження квантової фізики тепер на місці. Тепер настав час для інших учасників взяти роботу дослідників і використати її у своїх пошуках, щоб розгорнути квантову фізику в ряді технологій, включаючи комп’ютери, Інтернет і шифрування.

«Для університету надто дорого побудувати установку, де ми керуватимемо 15-20 квантовими джерелами світла. Отже, тепер, коли ми зробили внесок у розуміння фундаментальної квантової фізики та зробили перший крок на цьому шляху, подальше розширення є дуже технологічним завданням», — каже професор Лодал.