211service.com
Kvantu sakaru slēdzis
Internets ir veidots no fotoniem, kas velkas caur optisko šķiedru kabeļiem un plūst caur ierīcēm, piemēram, slēdžiem, modulatoriem un pastiprinātājiem. Taču šīs standarta ierīces nebūtu piemērotas superātrām kvantu skaitļošanai vai sakariem — eksperimentālām pieejām, kas izmanto daļiņu īpatnējās īpašības kvantu mērogā, lai neticami ātri veiktu sarežģītus aprēķinus vai neļautu nevienam noklausīties ziņojumus.
Pārslēdziet to: Šeit parādītie komponenti var novirzīt sapinušos fotonus.
Komerciālajiem slēdžiem ir dažādas problēmas, kas padara tos nepiemērotus sapinušos fotonu novirzīšanai. Tie, kas izgatavoti no mikroelektromehāniskām sastāvdaļām, saglabā sapinušies stāvokļus taktiski, bet darbojas pārāk lēni. Citi optoelektroniskie slēdži vai nu rada pārāk daudz trokšņa, tāpēc atsevišķus fotonus ir grūti noteikt, vai arī tie pilnībā iznīcina kvantu informāciju.
Prem Kumar , Ziemeļrietumu universitātes elektrotehnikas un datorzinātņu profesors, ir izstrādājis kvantu maršrutēšanas slēdzi, kas var pārvietot sapinušies fotonus pa dažādiem ceļiem, vienlaikus saglabājot neskartu kvantu informāciju.
Ierīce varētu būt īpaši noderīga kvantu skaitļošanai, saka Džeimss Fransons , fizikas profesors Merilendas Universitātē, Baltimoras apgabalā. Lai izveidotu kvantu datoru, izmantojot fotonus, mums ir nepieciešama iespēja pārslēgt [sapinušos] fotonus, saka Fransons. Kvantu slēdzis arī kādreiz varētu ļaut sapinušies fotonus no dažādiem kvantu datoriem koplietot lielos attālumos, piemēram, mākoņdatošanu, bet ar kvantu informāciju.
Kumar saka, ka slēdzis arī padarīs īpaši drošus kvantu tīklus par realitāti. Mūsdienu informācija parasti tiek nodrošināta, izmantojot tā saukto publiskās atslēgas šifrēšanu, kas balstās uz praktisku neiespējamību veikt noteiktus matemātiskos uzdevumus, piemēram, ārkārtīgi lielu skaitļu faktorināciju. Kvantu tīkli piedāvātu vēl drošāku alternatīvu publiskās atslēgas šifrēšanai. Savienotu fotonu izmantošana saziņai nodrošina drošību, jo jebkurš mēģinājums pārtvert ziņojumu varētu traucēt daļiņu kvantu stāvokli.
Lai izveidotu jaunu kvantu slēdzi, pētnieki izmantoja komerciālu optisko šķiedru kabeli un citus standarta optiskos komponentus, saka Kumars. Mans mērķis ir kvantu informācijas telpā darīt lietas, kas ir ļoti saderīgas ar esošajām šķiedru infrastruktūrām, viņš saka.
Pirmais solis ir fotonu sagatavošana. Sapinušiem fotoniem ir īpašības, piemēram, polarizācija, kas ir fundamentāli saistītas. Ja divi fotoni ir sapinušies, tad viena izmērītā polarizācija atklāj otra atbilstošo stāvokli. Pētnieki izmantoja paņēmienu, kurā viņi standarta šķiedras ietvaros sajauca vairākus gaismas viļņu garumus, lai izveidotu sapinušies fotonu pāri.
Nākamais solis ir nosūtīt vienu fotonu uz leju pa optisko šķiedru uz slēdzi, kas maina fotona kursu. Pētnieku slēdzis ir izgatavots tikai no optiskiem komponentiem, tostarp 100 metru optiskās šķiedras spoles, kas sakārtota cilpā. Viens sapinīta pāra fotons tiek nosūtīts caur vienu cilpas galu un caur multipleksoru, savukārt spēcīgs lāzers sūta gaismas impulsus spolē. Fotons tiek pārvietots tā, ka cilpas otrā galā tas atdalās pa atsevišķu ceļu, vienlaikus paliekot sapinies ar savu partneri.
Gala rezultāts ir slēdzis, kas ir ļoti ātrs, ar zemu fona troksni un, pats galvenais, saglabā kvantu informāciju. Viena fotona detektori šķiedru galā apstiprina, ka abi fotoni saglabāja sapinušies stāvokli, parādot, ka kvantu informācija tika saglabāta. Darbs ir aprakstīts jaunākajā žurnāla numurā Fiziskās apskates vēstules .
Tā ir svarīga attīstība, jo fotonu maiņa patiešām ir galvenā atšķirība, lai turpinātu kvantu skaitļošanas progresu, izmantojot fotonus, saka Fransons.