นักวิจัยพัฒนาตัวแปลงโฟตอนเดียวซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของอินเทอร์เน็ตควอนตัม

Anonim

ทีมนักฟิสิกส์ชาวโปแลนด์และอังกฤษได้สร้างและทดสอบตัวแปลงขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนคุณสมบัติควอนตัมของแต่ละโฟตอนได้ อุปกรณ์ใหม่นี้ควรอำนวยความสะดวกในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ซับซ้อนและในอนาคตอาจกลายเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในเครือข่ายควอนตัมทั่วโลกผู้สืบทอดอินเทอร์เน็ตในปัจจุบัน

คอมพิวเตอร์ควอนตัมอินเทอร์เน็ตและคอมพิวเตอร์ควอนตัมไฮโดรเจนสร้างขึ้นจากระบบย่อยที่ทำงานโดยใช้ปรากฏการณ์ทางกายภาพตอนนี้ไม่ใช่แค่เรื่องจินตนาการเท่านั้น ในบทความที่ตีพิมพ์ใน Nature Photonics นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฟิสิกส์ของวอร์ซอและ University of Oxford ได้รายงานถึงการพัฒนาองค์ประกอบสำคัญของระบบดังกล่าวซึ่งเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าแสงที่ช่วยให้คุณสมบัติของโฟตอนแต่ละเซลล์เป็นไปได้ การแก้ไข อุปกรณ์ใหม่นี้ทำงานร่วมกับประสิทธิภาพที่ไม่สามารถบรรลุได้ก่อนหน้านี้และในขณะเดียวกันก็มีเสถียรภาพเชื่อถือได้และมีขนาดกะทัดรัด

การสร้างอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสำหรับการปรับเปลี่ยนสถานะควอนตัมของโฟตอนแต่ละชิ้นเป็นงานที่มีความท้าทายเป็นพิเศษทำให้ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างการคำนวณแบบคลาสสิกและควอนตัม

ระบบคอมพิวเตอร์ร่วมสมัยจะขึ้นอยู่กับการประมวลผลของกลุ่มของบิตแต่ละที่อยู่ในสถานะเฉพาะ: 0 หรือ 1 กลุ่มของบิตดังกล่าวจะถูกโอนอย่างต่อเนื่องระหว่างคอมโพเนนต์ย่อยที่แตกต่างกันภายในคอมพิวเตอร์เครื่องเดียวและระหว่างคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นในเครือข่าย เราสามารถอธิบายภาพลวงตานี้ได้ด้วยการจินตนาการถึงสถานการณ์ที่ถาดเหรียญจะถูกย้ายจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งโดยแต่ละเหรียญจะแสดงทั้งหัวหรือหาง

สิ่งต่างๆมีความซับซ้อนมากขึ้นในการคำนวณควอนตัมซึ่งขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์การซ้อนทับของรัฐ บิตควอนตัมเรียกว่า qubit สามารถมีได้ทั้งในสถานะ 1 และ 0 ในเวลาเดียวกัน เพื่อขยายการเปรียบเทียบของเหรียญนี้จะคล้ายคลึงกับสถานการณ์ที่แต่ละเหรียญกำลังหมุนอยู่บนขอบของ การประมวลผลข้อมูลสามารถอธิบายได้ว่าเป็นการประมวลผล "ควอนตัม" (quantum) ตราบเท่าที่มีการเก็บรักษาสถานะของรัฐไว้ในระหว่างการดำเนินการทั้งหมดหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งตราบใดที่ไม่มีเหรียญใดที่ได้รับการปั่นออกจากสถานะการปั่นระหว่างถาด

"ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักฟิสิกส์ได้คิดค้นวิธีสร้างคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นหรือโพลาไรซ์ที่เฉพาะเจาะจงซึ่งประกอบไปด้วยควอนตัมหรือการกระตุ้นด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าดังนั้นวันนี้เราจึงทราบวิธีการสร้างสิ่งใดอย่างหนึ่งของควอนตัม" เหรียญหมุนเวียน "ที่เราต้องการ" ดร. คาลคาร์พินีสกี้จากสถาบันฟิสิกส์ทดลอง (FUW) ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้เขียนของสิ่งพิมพ์กล่าว "แต่การบรรลุสิ่งหนึ่งสิ่งใดที่คุณต้องการมากขึ้นเรื่อย ๆ ถ้าตอนนี้เรามีควอนตัมแสงแต่ละส่วนที่มีคุณสมบัติเฉพาะเจาะจงมันจะเป็นประโยชน์ในการปรับเปลี่ยนคุณสมบัติเหล่านั้นดังนั้นงานจึงต้องใช้เหรียญเงินปั่นและย้ายจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง" ในขณะที่ได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำเปลี่ยนเป็นเหรียญทองโดยธรรมชาติโดยไม่ต้องให้ทิปมากกว่าคุณสามารถเห็นได้ว่าปัญหาคือไม่เป็นแบบแผน

วิธีการที่มีอยู่ในการปรับโฟตอนแต่ละครั้งได้ใช้เทคนิคทางแสงแบบไม่เชิงเส้นซึ่งในทางปฏิบัติพยายามที่จะบังคับโฟตอนแต่ละตัวให้มีปฏิสัมพันธ์กับลำแสงออปติคัลที่แข็งแกร่งมาก โฟตอนจริงได้รับการแก้ไขเป็นเรื่องของโอกาสที่บริสุทธิ์ นอกจากนี้กระเจิงของคานปั๊มอาจปนเปื้อนกระแสของแต่ละโฟตอน ในการสร้างอุปกรณ์ใหม่กลุ่มจากมหาวิทยาลัยวอร์ซอและมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดได้ตัดสินใจใช้ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่แตกต่างกันคือผลกระทบทางไฟฟ้าและแสงที่เกิดขึ้นในคริสตัลบางชนิด เป็นวิธีที่จะเปลี่ยนดัชนีการหักเหของแสงในผลึกโดยการเปลี่ยนความเข้มของแรงแม่เหล็กภายนอกที่ใช้กับมัน (กล่าวคือโดยไม่ต้องแนะนำโฟตอนเพิ่มเติมใด ๆ)

ดร. คาร์พินีสกี้กล่าวว่า "มันน่าแปลกใจมากที่ในการปรับเปลี่ยนคุณสมบัติควอนตัมของแต่ละโฟตอนเราสามารถใช้เทคนิคที่คล้ายคลึงกับการใช้งานในการสื่อสารโทรคมนาคมแบบใยแก้วนำแสงมาตรฐาน"

การใช้อุปกรณ์ตัวใหม่นี้นักวิจัยประสบความสำเร็จในการยืดระยะเวลาของชีพจรโฟตอนเดียวที่ยาวขึ้นหกเท่าโดยไม่กระทบกับการโคจรของควอนตัมซึ่งโดยอัตโนมัติหมายถึงการลดสเปกตรัม สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งคือการดำเนินการทั้งหมดได้ดำเนินการในขณะที่รักษาประสิทธิภาพการแปลงสูงมาก ตัวแปลงที่มีอยู่เดิมใช้งานได้ภายใต้สภาพห้องปฏิบัติการเท่านั้นและสามารถแก้ไขได้เพียงหนึ่งในหลาย ๆ โฟโต อุปกรณ์ใหม่นี้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเกินกว่า 30 เปอร์เซ็นต์ซึ่งดีกว่าโซลูชันที่มีอยู่ได้ถึง 200 เท่าขณะเดียวกันก็รักษาระดับเสียงไว้ต่ำ

"ในสาระสำคัญเราจะประมวลผลโฟตอนทั้งหมดที่เข้าสู่คริสตัลประสิทธิภาพน้อยกว่าร้อยละ 100 ไม่ใช่เพราะปรากฏการณ์ฟิสิกส์ของปรากฏการณ์ แต่เนื่องจากความยากลำบากในการหลีกเลี่ยงความสูญเสียจากลักษณะทางเทคนิคอย่างหมดจดปรากฏขึ้นตัวอย่างเช่นเมื่อ แสงเข้าหรือออกจากเส้นใยแสง "Ph.D. อธิบาย นักศึกษา Michal Jachura (FUW)

ตัวแปลงใหม่ไม่เพียง แต่มีประสิทธิภาพและมีเสียงรบกวนต่ำเท่านั้น แต่ยังมีเสถียรภาพและกะทัดรัด อุปกรณ์สามารถบรรจุในกล่องประมาณ 10 ซม. (4 นิ้ว) และติดตั้งง่ายในระบบไฟเบอร์ออปติก อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถสร้างสิ่งต่างๆเช่นคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบไฮบริดซึ่งแต่ละคอมโพเนนต์ย่อยจะประมวลผลข้อมูลโดยใช้แพลตฟอร์มทางกายภาพที่แตกต่างกันและปรากฏการณ์ควอนตัม ปัจจุบันมีการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมขึ้นโดยใช้สิ่งต่างๆเช่นไอออนที่ติดอยู่อิเล็กตรอนหมุนในเพชรจุดควอนตัมวงจรไฟฟ้าที่มีตัวนำยิ่งยวดและก้อนเมฆอะตอม แต่ละระบบโต้ตอบกับแสงที่มีสมบัติต่างกันซึ่งในทางปฏิบัติจะส่งสัญญาณข้อมูลเชิงควอนตัมระหว่างระบบต่างๆ ในทางกลับกันตัวแปลงใหม่นี้สามารถแปลงโทนโฟตอนเดียวให้เข้ากันได้กับระบบหนึ่งเข้าเป็นพัลส์ที่เข้ากันได้ นักวิทยาศาสตร์จึงทำงานต่อเครือข่ายควอนตัมทั้งตัวเล็ก ๆ ภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ควอนตัมตัวเดียว (หรือคอมโพเนนต์ย่อยดังกล่าว) และเครื่องคอมพิวเตอร์ทั่วโลกซึ่งเป็นวิธีการส่งข้อมูลอย่างปลอดภัยระหว่างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ตั้งอยู่ในส่วนต่างๆของโลก

menu
menu