reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© grzegorz kula dreamstime.com Nauka | 28 grudnia 2017

Na UW skonstruowano rekordow膮 pami臋膰 kwantow膮

W Laboratorium Pami臋ci Kwantowych na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, wykorzystuj膮c chmur臋 sch艂odzonych laserowo atom贸w, zbudowano pami臋膰 zdoln膮 przechowywa膰 jednocze艣nie 665 kwantowych stan贸w 艣wiat艂a.
Pami臋膰 jest elementem niezb臋dnym w ka偶dym procesie przetwarzania informacji. Tak jak nie mo偶na skonstruowa膰 klasycznego komputera bez pami臋ci RAM, tak samo nie jest mo偶liwe zbudowanie komputera kwantowego bez tzw. pami臋ci kwantowej. Jest to urz膮dzenie zdolne przechowa膰 superpozycj臋 stan贸w kwantowych, kt贸ra mo偶e by膰 odtworzona na 偶膮danie u偶ytkownika pami臋ci. Kluczowym parametrem takiej pami臋ci jest jej pojemno艣膰, oznaczaj膮ca liczb臋 qubit贸w (kwantowych bit贸w), kt贸r膮 pami臋膰 mo偶e efektywnie przetwarza膰. Jednoczesne operowanie na wielu qubitach stanowi klucz do wydajnych kwantowych oblicze艅 r贸wnoleg艂ych, zapewniaj膮cych nowe mo偶liwo艣ci w dziedzinach obrazowania czy komunikacji. Niezale偶nie od podejmowanych wysi艂k贸w, produkcja wielu foton贸w na 偶膮danie stanowi eksperymentalne wyzwanie dla wszystkich grup zajmuj膮cych si臋 kwantowym przetwarzaniem informacji. Modne obecnie 艂膮czenie wielu emiter贸w pojedynczych foton贸w w jedn膮 sie膰 (popularny w telekomunikacji 鈥渕ultiplexing鈥) ma t臋 wad臋, i偶 wraz ze wzrostem liczby potrzebnych foton贸w gwa艂townie ro艣nie komplikacja techniczna uk艂adu. Zastosowanie pami臋ci kwantowej w procesie generacji powoduje dramatyczne zmniejszenie czasu oczekiwania na wytworzenie kilkunastu foton贸w (liczba wystarczaj膮ca, aby prowadzi膰 elementarne obliczenia kwantowe) z kilku lat do pojedynczych sekund. Obecnie istnieje wiele sposob贸w przechowywania (atomy, cz膮steczki, kryszta艂y) jak r贸wnie偶 kodowania informacji o emitowanych fotonach. Obiecuj膮cym pomys艂em jest zastosowanie informacji o k膮tach emisji foton贸w, co w po艂膮czeniu z kamer膮 czu艂膮 na pojedyncze fotony pozwala na bezpo艣redni膮 rejestracj臋 emitowanego z pami臋ci 艣wiat艂a. W Laboratorium Pami臋ci Kwantowych (Wydzia艂 Fizyki UW) uda艂o si臋 skonstruowa膰 pami臋膰 zdoln膮 przechowa膰 kilkaset stan贸w 艣wiat艂a jednocze艣nie. Obecnie jest to 艣wiatowy rekord pod wzgl臋dem pojemno艣ci pami臋ci - rozwi膮zania innych grup badawczych umo偶liwiaj膮 przechowywanie foton贸w w maksymalnie kilkudziesi臋ciu stanach jednocze艣nie. Serce zbudowanego uk艂adu stanowi tzw. pu艂apka magnetooptyczna (MOT): grupa atom贸w rubidu, znajduj膮ca si臋 w szklanej komorze pr贸偶niowej, jest spu艂apkowana i sch艂odzona do temperatury 20 mikrokelwin贸w przy pomocy laser贸w i pola magnetycznego. Protok贸艂 pami臋ci opiera si臋 na nierezonansowym rozpraszaniu 艣wiat艂a na atomach: w procesie zapisu o艣wietlamy zimn膮 chmur臋 atom贸w laserem, w wyniku czego emitowane s膮 pod losowymi k膮tami fotony, rejestrowane nast臋pnie na czu艂ej kamerze. Informacja o kierunkach rozprosze艅 jest przechowywana wewn膮trz zespo艂u atom贸w w postaci kolektywnych wzbudze艅 (tzw. fal spinowych), kt贸re mog膮 by膰 na 偶膮danie odtworzone w postaci kolejnej grupy foton贸w. Pomiar korelacji pomi臋dzy kierunkiem foton贸w emitowanych podczas zapisu i odczytu pami臋ci pozwala stwierdzi膰, 偶e w eksperymencie wytwarzane jest 艣wiat艂o, kt贸rego w艂a艣ciwo艣ci nie mog膮 by膰 opisane przy u偶yciu klasycznej optyki. Prototypowa pami臋膰 kwantowa z Wydzia艂u Fizyki UW zajmuje dwa du偶e sto艂y optyczne i funkcjonuje dzi臋ki dziewi臋ciu laserom i trzem komputerom, kontroluj膮cym jej dzia艂anie. Stworzona dzi臋ki grantom 鈥淧RELUDIUM鈥 i 鈥淥PUS鈥 Narodowego Centrum Nauki oraz 鈥淒iamentowy Grant鈥 MNiSW pami臋膰 kwantowa jest wyj膮tkowa pod jeszcze jednym wzgl臋dem. Informacja o wszystkich wyemitowanych z pami臋ci fotonach jest przechowywana w tej samej obj臋to艣ci atom贸w, kt贸re wsp贸艂dziel膮 ze sob膮 zapami臋tan膮 informacj臋. Dzi臋ki temu uda艂o si臋 zaobserwowa膰 interferencj臋 dw贸ch fal spinowych, pochodz膮cych od znajduj膮cych si臋 w zewn臋trznym polu magnetycznym atom贸w, opisanych odmiennym zestawem liczb kwantowych. - Umo偶liwi to w przysz艂o艣ci dalsze, bardziej skomplikowane manipulacje stanem atom贸w, a w efekcie wytwarzanie pojedynczych foton贸w o kontrolowanych przez eksperymentator贸w parametrach 鈥 t艂umaczy dr. hab. Wojciech Wasilewski, kierownik Laboratorium Pami臋ci Kwantowych. Wyniki eksperymentu opublikowano w presti偶owym czasopi艣mie naukowym Nature Communications.
殴r贸d艂o: Wydzia艂 Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego
reklama
reklama
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
February 15 2019 09:57 V12.1.1-1