Perjungimas su vienu fotonu: tai žingsnis link kvantinių kompiuterių

foton switch
1/52/53/54/55/5
5.00/5 (1)
loadingLoading...

Atlikti duomenų apdorojimą su šviesa, ir nenaudojant jokių elektroninių komponentų – šita idėja gyvuoja jau gana ilgą laiką. Tiesą skant, būtiniausių sudedamųjų dalių, tokių kaip optiniai tranzistoriai, dar nėra sukurta . Tačiau iki šiol jiems ir nebuvo skirta pakankamai dėmesio iš kompiuterinių kompanijų pusės.

Tai gali pasikeisti artimiausioje ateityje, kadangi elektroninių prietaisų pakavimo tankumas, o taip pat elektroninių kompiuterių laikrodžio dažniai  ketina pasiekti savo ribas. Optiniai metodai žada didelę spartą ir mažą energijos išeikvojimą, visų pirma , ypač, jei perjungimo veiksmui tereikalingas tik silpnas šviesos impulsas. Siekiamybė yra impulsas , kuris perjungia vartus tik vienu fotonu . Max-Planck- instituto  Quantum Dynamics skyriaus kvantinės optikos mokslininkų komanda vadovaujami profesoriaus Gerhardas Rempe, jau sugebėjo šią beveik utopinę užduotį paversti realybe. Mokslininkams pavyko perjungti terpę – apie 200 000 ultrašaltų atomų debesį – iš skaidraus į nepermatomą, šviesos impulsu . Šis “ vieno fotono jungiklis “ galėtų būti pirmasis žingsnis į kvantinės logikos vartus, esminį komponentą kvantinės informacijos apdorojimo srityje .

foton-switch
Eksperimentinės įrangos demonstarvimas :atominis debesis (žalias) optinio dipolio spąstuose ir apšvitinti su šviesos impulsu iš valdiklio ( mėlyna ) ir signalo šviesa (raudona) .
Iliustracija iš: MPQ Quantum Dynamics Division

Eksperimentas prasideda aušinimo maždaug 200.000 rubidžio atomų debesies iki 0,43 mikrokelvinų temperatūros (tai vos virš absoliutaus nulio , kurį atitinka minus 273 laipsnių Celsijaus) . Atomai ,sulaikyti optinio dipolio spąstuose,  sudarytuose iš sukryžiuotų dviejų lazerio spindulių superpozicijos. Debesis apšvitintas dviem šviesos impulsais, atskirtais 0,15 mikro sekundes intervalu. Impulsai yra labai silpni, jie vidutiniškai yra vieno ar net mažiau fotonų.
Pirmasis pulsas – vadinamasis vartų pulsas – absorbuojamas  debesies viduje. Tiksliau , jis saugomas kaip atominis sužadinimas , nes jis pakelia vieną iš atomų į labai sužadintą Rydberg būseną. Vien buvimas Rydberg atomo veda prie atitinkamų energijos lygmenų kitų atomų debesyje pasikeitimo. Taigi, antrojo impulso bangos ilgis – nebeatitinka taikinio pulso sužadinimo reikalavimų ir tampa užblokuotas . Kitaip tariant, atomų debesis veikia kaip terpė, kuri , pagavusi vieną fotoną , persijungia iš skaidrios į matinę. Fotono išsaugojimas gali būti palaikomas tol, kol Rydberg būsena išsilaiko, t.y. –  apie 60 mikro sekundžių.

Informacijos šaltinis: Originalus straipsnis parašytas Olivia Meyer-Streng pagal  Max Planck Quantum Optics instituto pateiktą medžiagą.
Plačiau: http://www.sciencedaily.com