Учени откриха нова форма на квантово заплитане за първи път от 20 години
Изследователи от Технион-Израелския софтуерен институт откриха нова форма на квантово усложнение, зараждащо в комбинирания ъглов подтик на фотони в наноразмерни структури, отваряйки пътя към дребните квантови устройства на бъдещето.
Откритието се случва в необикновено дребен мащаб. Учените са работили с наномащабни структури, които са единствено една хилядна от ширината на човешки косъм. Такива дребни размери отварят нови благоприятни условия за квантовите технологии.
Резултатите от проучването са оповестени в влиятелното научно списание Nature. Работата е ръководена от докторанта Амит Кам и доктор Шай Цесес от изследователската група на професор Гай Бартал. В него са взели присъединяване няколко проучвателен екипа от Технион.
Откритието бележи първата нова форма на квантово усложнение от повече от 20 години. Това може да има революционни последствия за бъдещето на квантовите връзки и компютрите. Миниатюризацията на квантовите съставни елементи ни приближава до практическите приложения на тези технологии.
Исторически подтекст на квантовото усложнение
Квантовото усложнение е феномен, който в миналото е изглеждал неуместен даже на Алберт Айнщайн. Той го назова „ призрачно деяние от разстояние„. Айнщайн, дружно с Борис Подолски и Нейтън Розен, разказват този феномен в своята публикация от 1935 година, известна като EPR-парадокс.
Същността на заплитането е, че знанието за положението на една парченце неотложно въздейства върху положението на друга парченце, без значение от дистанцията сред тях. Това се случва без физическо взаимоотношение и транспорт на информация, което опонира на класическата физика.
Впоследствие професор Ашер Перес от Технион и неговите сътрудници са посочили, че това свойство може да се употребява за квантова телепортация. Тази идея стои в основата на квантовата връзка. Учените получиха Нобеловата премия за физика през 2022 година за проучването си на квантовото усложнение.
Характеристики на нанофотониката и новата форма на усложнение
Когато фотоните се движат в елементарното пространство, техните свойства могат елементарно да бъдат разграничени. Ъгловият миг на фотона се състои от спин (свързан с въртенето на електрическото поле) и орбитален ъглов миг (свързан с придвижването на фотона в пространството). Това е сходно на въртенето на Земята към нейната ос и придвижването ѝ по орбита към Слънцето.
Но в наномащабните структури обстановката се трансформира коренно. Когато фотоните са лимитирани в пространството с по-малка дължина на вълната, става невероятно да се разделят другите въртящи свойства. Фотонът се характеризира с една единствена големина – цялостният ъглов миг.
Изследователите на Technion са разкрили, че точно това свойство — цялостният ъглов миг — може да образува основата на нов вид квантово усложнение. Проследили са пътя на фотоните от момента, в който влязат в наномащабната система досега, в който излизат от измервателната система.
Ползи от миниатюризацията на квантовите системи
Миниатюризацията на квантовите системи има две обилни преимущества. Първият е намаляването на размера на устройствата, което разрешава слагането на повече съставни елементи на по-малка повърхност. Това е като еволюцията на електронните схеми от огромни лампи до микрочипове.
Второто, по-важно преимущество е засиленото взаимоотношение сред фотоните и материала. Когато фотоните са лимитирани до наномащабни структури, тяхното взаимоотношение с околната среда става по-интензивно. Това разрешава основаването на феномени, които са невъзможни за фотоните с естествени размери.
В поредност от опити учените са картографирали квантовите положения на фотоните в наномащабни системи. Открито е свойство, неповторимо за сходни системи, и е доказано сходството сред двойките фотони. Това сходство демонстрира нов вид квантово усложнение.
Перспективи за квантовите технологии
Откриването на нова форма на квантово усложнение отваря пътя към основаването на новаторски квантови устройства. Тази технология може да стане основа за създаването на квантови дребни компютри и информационни системи.
Изследването е подкрепено от няколко влиятелни научни институции. Те включват Израелския орган за нововъведения (програма Magnet), Израелски теоретичен фонд, Института Ръсел Бери за нанотехнологии и Квантовия център Хелън Дилер.
Технологията на квантово усложнение в наномащабни структури може да революционизира компютърните технологии и връзките. Той ще направи допустимо основаването на доста компактни квантови устройства с неповторими благоприятни условия, които не са налични за класическите системи.
Тази работа показва по какъв начин проучването на границата сред физика, инженерство и просвета за материалите може да докара до революционни открития. Тя също по този начин акцентира смисъла на фундаменталните проучвания за развиването на бъдещи технологии.
