Photon Sifters – 光量子コンピューティングのロックを解除する

スイスのバーゼル大学の研究チームは今週、クラスターから単一光子を分離する新しい方法を導入した。この新しい方法により、研究者は相互作用を分子レベルでより適切に制御できるようになります。特に、多くの研究者は、複数の光子構造から単一の光子構造を選別することが、このテクノロジーを世界のスーパーコンピューターなどに動力を供給するために使用するための重要なステップであると見ています。知っておくべきことは次のとおりです。

スイスのバーゼル大学の研究チームは今週、クラスターから単一光子を分離する新しい方法を導入した。この新しい方法により、研究者は相互作用を分子レベルでより適切に制御できるようになります。特に、多くの研究者は、複数の光子構造から単一の光子構造を選別することが、このテクノロジーを世界のスーパーコンピューターなどに動力を供給するために使用するための重要なステップであると見ています。知っておくべきことは次のとおりです。

シフタースタディ

エンジニアは、Sifter デバイスがこのタスクをどのように確実かつ効果的に実行できるかを実証しようとしました。このシステムには、量子ドットとして知られる一次元原子の作成を可能にする量子エミッターが組み込まれています。興味深いことに、この研究では、ふるい分け機構がどのように光子を導き、光子が単独であるか他の光子に接続されているかに基づいて分離するかを詳しく調べています。このタスクを達成するために、チームは Jaynes-Cummings モデルにいくつかの変更を加えました。

Jaynes-Cummings モデルのバリエーション

ジェインズ・カミングスモデルは、60 年以上にわたって量子光学の形成に貢献してきました。エドウィン・ジェインズとフランク・カミングスは 1963 年に初めてそれを世界に示し、それ以来この分野にとって不可欠なものとなっています。特に、このモデルは、二準位原子が量子化された電磁場とどのように相互作用するかなど、光と物質の相互作用に関する研究者の理解を合理化しました。これらの要因により、Jaynes-Cummings モデルは新しい公式の作成に理想的なものとなりました。

ジェインズ・カミングモデルには、研究者が研究のために克服する必要のあるいくつかの欠点がありました。研究チームは、このモデルではピーク結合効率 (? 係数) と低い位相ずれモーメントを正確に特定することが困難であることを発見しました。そのため、彼らは量子ドットを利用して追加機能を実現するバリアントを作成しました。

シフター理論のテスト

シフター理論を検証するための最初のステップは、半導体量子ドットを作成することでした。この単層光子は一次元原子を表し、マイクロキャビティ内に配置されました。このマイクロキャビティには反射性の内壁があり、調整できるように開いたままにしてあり、エンジニアが調整できるようにしていました。およびその他の要因。

レーザー

微小共振​​器の反射壁をターゲットにするために、弱いレーザーを幅 20 nm の半導体の島と組み合わせて使用​​しました。この研究では、レーザーは 2 つのミラー分離を介して活性化される前に、キャビティの部分的に透明な壁に焦点を合わせました。次に、屈折した光は、光子を分離するために特別に角度を付けられた半波長板を備えたビームスプリッターセットアップに向けられました。さらに、ビームスプリッターは偏光に敏感になるように構築されており、より効果的にふるい分けるのにも役立ちました。

特に、スプリッターは単一フォトンをマルチフォトン クラスターとは別のポートに自動的に送信しました。さらに、システムは、エネルギーの真の状態を決定するために、量子ドットと相互作用する光子の数を測定しました。量子ドットは光子を吸収し、さまざまな相互作用に基づいて光を放出するため、このタスクに最適です。

結果

研究者らは、ふるい器がクラスターから単一の光子を正確に分離したことを発見しました。この研究では、技術者が弱いレーザーを使用して透過率 99.2% の消光を達成できることも実証されました。さらに、新しいデータでは、二次相関関数など、いくつかの興味深い結果が明らかになりました。

印象的なことに、このシフターにより、機構を通過する光子の量を正確に分離して測定することが可能になりました。この機能は、フォトンのバンチングを確認し、状態に基づいてフォトンを分離し、フォトンの興奮レベルをより適切に監視する機能はすべて、いつかこの技術を使用して次世代コンピューターなどに電力を供給するための重要なステップであるため、今後新たな機会を切り開くことになります。

潜在的な使用例

このテクノロジーには多くの潜在的な使用例があります。この技術の主な焦点は、新しいフォトニック ロジック ゲートの作成に使用されます。量子ロジックは、今日の超高速量子コンピューターにおいて重要な役割を果たしています。しかし、科学の信頼性が十分ではなかったため、これまで 100% 完全光の量子コンピューターのフォトニック ロジック ゲートを作成することは困難でした。この最新の研究は、これらのシステムがついに前進するための扉を開きます。

フォトンシフターの利点

The photon sifter study reveals several benefits. For one, this technology will help researchers better understand light and how it interacts with the world on a single-photon basis. This level of in-depth monitoring was previously unavailable. As such, many believe this breakthrough will help mankind better harness light’s power and speed to better all.

Control over the photon statistics

This research provides another benefit in that it's the first time a reliable way of sorting photons down to their single element has been developed. This capability will allow engineers to create devices that can determine states like strong bunching to antibunching to accomplish tasks like converting light into power on a single photon level, ensuring a new age of efficiency.

Researchers

The researchers behind the project were led by Richard Warburton of the University of Basel, Switzerland. The team successfully demonstrated their photon sifter method and now seeks to expand their research in the coming months. Their work builds on decades of quantum studies and will help to power the next chapter of quantum research.

Two Companies that Can Benefit

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