Photonensiebe – Erschließung des optischen Quantencomputings

Ein Forschungsteam der Universität Basel, Schweiz, stellte diese Woche eine neue Methode zur Trennung einzelner Photonen aus Clustern vor. Die neue Methode ermöglicht es Forschern, Wechselwirkungen auf molekularer Ebene besser zu kontrollieren. Insbesondere sehen viele Forscher die Sortierung einzelner Photonenstrukturen aus mehreren Photonenstrukturen als einen entscheidenden Schritt hin zur Nutzung dieser Technologie für die Stromversorgung der Supercomputer der Welt und vieles mehr. Das müssen Sie wissen.

Ein Forschungsteam der Universität Basel, Schweiz, stellte diese Woche eine neue Methode zur Trennung einzelner Photonen aus Clustern vor. Die neue Methode ermöglicht es Forschern, Wechselwirkungen auf molekularer Ebene besser zu kontrollieren. Insbesondere sehen viele Forscher die Sortierung einzelner Photonenstrukturen aus mehreren Photonenstrukturen als einen entscheidenden Schritt hin zur Nutzung dieser Technologie für die Stromversorgung der Supercomputer der Welt und vieles mehr. Folgendes müssen Sie wissen.

Siebstudie

Die Ingenieure wollten zeigen, wie ein Siebgerät diese Aufgabe zuverlässig und effektiv erfüllen kann. Das System integriert einen Quantenemitter, der die Erzeugung eines eindimensionalen Atoms ermöglicht, das als Quantenpunkt bekannt ist. Interessanterweise untersucht die Studie, wie ein Siebmechanismus Photonen kanalisiert, um sie zu trennen, je nachdem, ob sie einzeln oder mit anderen Photonen verbunden sind. Um diese Aufgabe zu erfüllen, nahm das Team einige Änderungen am Jaynes-Cummings-Modell vor.

Variationen zum Jaynes-Cummings-Modell

Das Jaynes-Cummings-Modell hat die Quantenoptik seit mehr als sechzig Jahren mitgeprägt. Edwin Jaynes und Frank Cummings stellten es erstmals 1963 der Welt vor und seitdem ist es für die Branche von entscheidender Bedeutung. Insbesondere verbesserte dieses Modell das Verständnis der Forscher über Licht-Materie-Wechselwirkungen, einschließlich der Art und Weise, wie ein zweistufiges Atom mit einem quantisierten elektromagnetischen Feld interagiert. Diese Faktoren machten das Jaynes-Cummings-Modell ideal für die Entwicklung neuer Formeln.

Das Jaynes-Cumming-Modell hatte einige Nachteile, die die Forscher für die Studie überwinden mussten. Das Team stellte fest, dass das Modell es schwierig machte, die maximale Kopplungseffizienz (?-Faktor) und das niedrige Dephasierungsmoment genau zu bestimmen. Daher haben sie eine Variante entwickelt, die Quantenpunkte nutzt, um zusätzliche Fähigkeiten zu erreichen.

Testen der Sifter-Theorie

Der erste Schritt beim Testen der Sifter-Theorie bestand darin, einen Halbleiter-Quantenpunkt zu erzeugen. Dieses einschichtige Photon stellte ein eindimensionales Atom dar, das dann in einer Mikrokavität platziert wurde. Dieser Mikrohohlraum hatte reflektierende Innenwände und wurde offen gelassen, damit er abgestimmt werden konnte, sodass Ingenieure ihn anpassen konnten. und andere Faktoren.

Laser

Ein schwacher Laser wurde in Verbindung mit einer 20 nm breiten Halbleiterinsel verwendet, um auf die reflektierenden Wände der Mikrokavität zu zielen. Für die Studie wurde der Laser auf die teilweise transparenten Wände des Hohlraums fokussiert, bevor er über die Zwei-Spiegel-Trennung aktiviert wurde. Das gebrochene Licht wurde dann zu einem Strahlteileraufbau mit speziell zur Photonentrennung ausgerichteten Halbwellenplatten geleitet. Darüber hinaus wurde der Strahlteiler polarisationsempfindlich konstruiert, was ihm auch dabei half, effektiver zu sieben.

Bemerkenswert ist, dass der Splitter einzelne Photonen automatisch in einen separaten Port leitete als Multiphotonencluster. Darüber hinaus maß das System, wie viele Photonen mit dem Quantenpunkt interagierten, um den wahren Zustand der Energie zu bestimmen. Quantenpunkte sind für diese Aufgabe ideal, da sie Photonen absorbieren und aufgrund der verschiedenen Wechselwirkungen Licht emittieren.

Ergebnisse

Die Forscher fanden heraus, dass der Sichter einzelne Photonen präzise aus Clustern trennte. Die Studie zeigte auch, dass die Ingenieure mit einem schwachen Laser eine Auslöschung von 99,2 % in der Transmission erreichen konnten. Darüber hinaus enthüllten die neuen Daten einige interessante Ergebnisse, darunter Korrelationsfunktionen zweiter Ordnung.

Beeindruckend ist, dass der Sichter es ermöglicht, die Menge der durch den Mechanismus fließenden Photonen genau zu trennen und zu messen. Diese Fähigkeit wird in Zukunft neue Möglichkeiten eröffnen, da die Fähigkeit, Photonenbündelung zu bestätigen, Photonen basierend auf dem Zustand zu trennen und die Photonenerregungsniveaus besser zu überwachen, alles entscheidende Schritte sind, um diese Technologie eines Tages für die Stromversorgung von Computern der nächsten Generation und mehr zu nutzen.

Potenzieller Anwendungsfall

Es gibt viele potenzielle Anwendungsfälle für diese Technologie. Der Schwerpunkt dieser Technologie liegt auf der Entwicklung neuer photonischer Logikgatter. Quantenlogik spielt in den heutigen superschnellen Quantencomputern eine entscheidende Rolle. Bisher war es jedoch schwierig, zu 100 % rein optische photonische Logikgatter für Quantencomputer zu entwickeln, da die Wissenschaft nicht zuverlässig genug war. Diese neueste Studie öffnet die Tür dafür, dass diese Systeme endlich vorankommen.

Vorteile des Photonensiebs

Die Photonensichterstudie zeigt mehrere Vorteile. Einerseits wird diese Technologie Forschern helfen, Licht und seine Wechselwirkung mit der Welt auf Einzelphotonenbasis besser zu verstehen. Dieses Maß an eingehender Überwachung war bisher nicht verfügbar. Daher glauben viele, dass dieser Durchbruch der Menschheit helfen wird, die Kraft und Geschwindigkeit des Lichts besser zum Wohle aller zu nutzen.

Kontrolle über die Photonenstatistik

Diese Forschung bietet einen weiteren Vorteil, da erstmals eine zuverlässige Methode zur Sortierung von Photonen nach ihrem einzelnen Element entwickelt wurde. Diese Fähigkeit wird es Ingenieuren ermöglichen, Geräte zu entwickeln, die Zustände wie starke Bündelung bis hin zu Antibündelung bestimmen können, um Aufgaben wie die Umwandlung von Licht in Leistung auf Einzelphotonenebene zu erfüllen und so ein neues Zeitalter der Effizienz sicherzustellen.

Forscher

Die Forscher hinter dem Projekt wurden von Richard Warburton von der Universität Basel, Schweiz, geleitet. Das Team hat seine Photonensichter-Methode erfolgreich demonstriert und möchte nun seine Forschung in den kommenden Monaten ausweiten. Ihre Arbeit baut auf jahrzehntelanger Quantenforschung auf und wird dazu beitragen, das nächste Kapitel der Quantenforschung voranzutreiben.

Zwei Unternehmen, die davon profitieren können

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