Uma porta lógica quântica, combinando a luz ea matéria
11 de abril de 2014
Um único átomo é preso no espaço estreito entre dois espelhos altamente
refletindo (azul claro) que formam um ressonador óptico. Reflexão de fótons individuais do ressonador implementa uma operação lógica quântica entre o átomo e os fótons. (Crédito: Andreas Reiserer, MPQ, Quantum Dynamics Division)
Cientistas da Max-Planck-Institute de Óptica Quântica (MPQ) obtiveram sucesso uma porta lógica quântica usando um único fóton e um único átomo.
No experimento, descrito em um artigo da Nature,
os estados binários 0 e 1 são representados pelas duas orientações de
spin de um átomo (para cima ou para baixo), e por dois estados de
polarização de um fóton óptico (esquerda ou direita circular),
respectivamente.
O átomo é preso dentro de uma cavidade feita de dois espelhos. As propriedades da cavidade são escolhidos de tal maneira que átomos de cavidade e formar um sistema fortemente acoplado. A quanta de luz são preparados como pulsos de laser fracos que contêm menos do que um fotão em média.
O sistema de átomo-fóton híbrido pode funcionar como uma porta lógica
clássica, que poderia ser um grande passo para um computador quântico
universal.
"A comunicação quântica, usando fótons voadores, e processamento de
dados com os átomos ou íons, foram considerados como áreas de
investigação distintas até agora", diz o professor Gerhard Rempe,
Diretor no MPQ e chefe da Divisão de Dinâmica Quântica. "Em nosso experimento, fundir ambas as técnicas.
Em particular, a nossa porta quântica poderia ser facilmente
implementado em uma rede na qual átomos de servir como nós estacionárias
para o armazenamento de informações, enquanto os fótons transmitem a
informação entre esses nós, mesmo a grandes distâncias. Desta forma, esperamos contribuir para a realização de um computador quântico escalável. "
Resumo da Natureza papel
O aumento constante controle sobre sistemas quânticos individuais apoia
a promoção de uma tecnologia quântica que poderia fornecer
funcionalidades além daquelas de qualquer dispositivo clássico.
Duas aplicações particularmente promissores foram exploradas durante a
última década: a comunicação quântica baseada em fótons, que garante a
criptografia inquebrável, mas que ainda tem que ser dimensionada para
taxas elevadas ao longo de grandes distâncias, e computação quântica,
que irá fundamentalmente melhorar computability se ele pode ser escalado
para um grande número de bits quânticos (qubits).
Realizou-se muito cedo que um sistema híbrido de qubits luz e matéria
qubits poderia resolver o problema de escalabilidade de cada campo - que
de comunicação através da utilização de repetidores quânticos, e que de
computação através da utilização de uma interligação óptica entre
processadores quânticos menores.
Para este efeito, o desenvolvimento de um robusto portão de dois qubits
que permite a ligação de nodos computacionais distantes é "um desafio
importante".
Aqui demonstramos um portão tal quântica entre o estado de spin de um
único átomo preso eo estado de polarização de um fóton óptica contida em
um pulso de laser fraco. O mecanismo de obturador apresentada é determinista e robusto, e é esperado que seja aplicável a quase qualquer qubit matéria. Ele baseia-se na reflexão do qubit fotónica de uma cavidade que proporciona uma forte acoplamento matéria-luz.
Para demonstrar sua versatilidade, usamos a porta quântica para criar
átomo-fóton, átomo-fóton-fóton e fótons fótons estados emaranhados de
estados de entrada separáveis.
Esperamos que a nossa experiência para permitir diversas aplicações,
incluindo a geração de estados de cluster atômicas e fotônicos e estados
Schrödinger-gato, medições Bell-estaduais fotônicos deterministas
escalável Computação Quântica 7 e comunicação quântica usando um código redundante paridade quântica.
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