Проривна 3-фотонна інтерференція досягнута вперше, ще один фундаментальний інструмент для втілення квантових обчислень у реальність.
Дослідницька група в Оксфордському університеті, яка працює над квантовими технологіями, які ляжуть в основу першого в світі масштабованого квантового комп’ютера, зробила великий прорив у галузі дослідження квантових частинок.
Колектив кафедри фізики під керівництвом Професор Ян Уолмслі, вперше успішно продемонстрував ефект, званий трифотонною інтерференцією, цікаву поведінку фундаментальних частинок світла, яка може мати значний вплив на майбутнє квантових обчислень.
Завдяки обчислювальній потужності та швидкості, які у мільйони разів перевищують звичайні комп’ютери, квантові комп’ютери мають потенціал революціонізувати кожну сферу нашого життя.
Прорив стався в 30-ту річницю знакового відкриття двофотонної інтерференції. Світло складається з частинок або пакетів енергії, які називаються фотонами, і зазвичай ці частинки не взаємодіють одна з одною. Однак було виявлено, що динаміка двох фотонів світла може стати взаємопов’язаною, навіть якщо між ними немає фізичної взаємодії. Експеримент, відомий як ефект Хонг-Оу-Менделя (HOM), використовує розділювач променя, який розділяє один промінь світла на два, пропускаючи одну половину світла та відбиваючи іншу. Вчені показали, що два ідентичні фотони, які надходять одночасно в розсіювач променя, який має два вихідних порти, завжди будуть виходити з одного порту разом, процес, відомий як інтерференція. Вони можуть вийти з будь-якого порту, але завжди залишатимуться парою, зібраною разом. Ефект згрупування тим сильніший, чим більше характеристик мають фотони, таких як колір, поляризація, форма та час.
Тепер вперше цей ефект інтерференції був досягнутий за допомогою тричастинкової версії експерименту. Дослідницька група підготувала три чисті фотони за допомогою точних методів мікрофабрикації, передавши їх на волоконно-оптичний інтерферометр із трьома входами та трьома вихідними портами, показуючи деякі дивовижні результати. Було виявлено, що колективний вплив багатьох частинок посилює силу перешкод, навіть якщо їхні властивості здавалися дуже різними, що свідчить про існування нових механізмів перешкод.
Дослідження є важливим, оскільки воно не тільки розширює поточне розуміння основ квантової фізики, фундаментальною властивістю якої є квантова інтерференція, але й відкриває нові можливості для більш надійних квантових обчислень з використанням фотонів. Він також має потенціал для зменшення деяких серйозних інженерних проблем, з якими стикаються дослідники та розробники технологій, щоб втілити квантові обчислення в реальність.
Уряд Великобританії інвестував 270 мільйонів фунтів стерлінгів у створення індустрії квантових технологій, а Мережевий центр квантових інформаційних технологій (NQIT) під керівництвом Оксфордського університету є найбільшим із чотирьох технологічних центрів у Національній програмі квантових технологій Великобританії. Незважаючи на те, що реальність масштабованого квантового комп’ютера ще в майбутньому, після його розробки він стане одним із найбільших наукових та інженерних досягнень в історії. Завдяки надшвидкій швидкості обробки та здатності вирішувати проблеми в такому масштабі, який наразі неможливий із звичайними обчислювальними потужностями, це може допомогти прискорити дослідження таких захворювань, як рак, відкрити нові ліки та запропонувати персоналізоване лікування, створити надбезпечне шифрування для фінансової галузі та комунікації та допомагають рятувати життя за допомогою точного прогнозу погоди та прогнозного моделювання зміни клімату.
Прочитайте публікацію в Physical Review Letters:
Розрізнення та інтерференція багатьох частинок, Adrian J. Menssen, Alex E. Jones, Benjamin J. Metcalf, Malte C. Tichy, Stefanie Barz, W. Steven Kolthammer та Ian A. Walmsley, Phys. Преподобний Летт. 118, 153603
Детальніше про цю історію читайте на Сайт фізики.
Джерело: https://www.nqit.ox.ac.uk/news/breakthrough-three-photon-interference
