Photon Sifter Åbner Døren for All‑Optiske Kvantecomputere

Et forskerteam fra University of Basel i Schweiz introducerede denne uge en ny metode til at adskille enkelte fotoner fra klynger. Den nye metode gør det muligt for forskere at få bedre kontrol over interaktioner på molekylært niveau. Bemærkelsesværdigt er, at mange forskere ser sortering af enkelt‑foton‑strukturer fra flere fotoner som et afgørende skridt mod at bruge denne teknologi til at drive verdens supercomputere og meget mere. Her er, hvad du behøver at vide.

Sifter‑studie

Ingeniører søgte at demonstrere, hvordan en Sifter‑enhed kunne udføre denne opgave pålideligt og effektivt. Systemet integrerer en kvante‑emitter, som muliggør oprettelsen af en endimensionel atom kendt som en kvanteprik. Interessant nok dykker undersøgelsen ned i, hvordan en sifter‑mekanisme kanaliserer fotoner for at adskille dem baseret på, om de er alene eller forbundet med andre fotoner. For at udføre denne opgave foretog teamet nogle ændringer i Jaynes‑Cummings‑modellen.

Variationer af Jaynes‑Cummings‑modellen

Jaynes‑Cummings‑modellen har hjulpet med at forme kvanteoptik i mere end tres årtier. Edwin Jaynes og Frank Cummings viste den første gang for verden i 1963, og den har været vital for sektoren lige siden. Bemærkelsesværdigt har denne model strømlinet forskernes forståelse af lys‑materie‑interaktioner, herunder hvordan et to‑niveau atom interagerer med et kvantiseret elektromagnetisk felt. Disse faktorer gjorde Jaynes‑Cummings‑modellen ideel til at skabe nye formler.

Der var nogle ulemper ved Jaynes‑Cummings‑modellen, som forskerne måtte overvinde for studiet. Teamet opdagede, at modellen gjorde det svært at fastlægge den maksimale koblings‑effektivitet (훽‑faktor) og lav dephasing‑moment. Som følge heraf skabte de en variant, der udnyttede kvanteprikker for at opnå ekstra kapaciteter.

Test af Sifter‑teorien

Det første skridt i test af sifter‑teorien var at skabe en halvleder‑kvanteprik. Denne enkelt‑lag foton repræsenterede et endimensionelt atom, som derefter blev placeret i et mikrokavitet. Mikrokaviteten havde reflekterende indvendige vægge og blev efterladt åben, så den kunne tunes, hvilket tillod ingeniører at justere 훽 og andre faktorer.

Laser

En svag laser blev brugt i kombination med en 20 nm bred ø i halvledere for at målrette de reflekterende vægge i mikrokaviteten. For studiet blev laserens stråle fokuseret på de delvist transparente vægge i kaviteten, før den blev aktiveret via to‑spejl‑separation. Det refrakterede lys blev derefter ledt til et beamsplitter‑setup med halvbølgelapper, der var vinklet specifikt for at adskille fotoner. Derudover blev beamsplitteren bygget til at være polarisation‑følsom, hvilket også hjalp den med at sortere mere effektivt.

Bemærkelsesværdigt dirigerede splitteren automatisk enkelte fotoner til en separat port end multi‑foton‑klynger. Systemet målte også, hvor mange fotoner der interagerede med kvanteprikken for at bestemme den sande energitilstand. Kvanteprikker er ideelle til denne opgave, fordi de absorberer fotoner og udsender lys baseret på de forskellige interaktioner.

Resultater

Forskerne fandt, at sifteren nøjagtigt adskilte enkelte fotoner fra klynger. Studiet demonstrerede også, at ingeniørerne kunne opnå en udslukning på 99,2 % i transmission ved brug af en svag laser. Derudover afslørede de nye data nogle interessante resultater, herunder korrelationsfunktioner af anden orden.

Imponerende gør sifteren det muligt at adskille og måle antallet af fotoner, der passerer gennem mekanismen, præcist. Denne kapacitet vil åbne nye muligheder fremover, da evnen til at bekræfte foton‑bunching, adskille fotoner baseret på tilstand og bedre overvåge foton‑excitation er alle afgørende skridt mod at bruge denne teknologi til at drive næste generations computere og mere.

Potentielt anvendelsesområde

Der er mange potentielle anvendelsesområder for denne teknologi. Hovedfokus for denne teknologi er brugen af at skabe nye fotoniske logiske porte. Kvante‑logik spiller en kritisk rolle i dagens super‑hurtige kvantecomputere. Det har dog været svært at skabe 100 % fuld‑optiske kvantecomputer‑fotoniske logiske porte indtil nu, da videnskaben ikke har været pålidelig nok. Dette seneste studie åbner døren for, at disse systemer endelig kan komme videre.

Fordele ved Photon Sifter

Photon‑sifter‑studiet afslører flere fordele. For det første vil denne teknologi hjælpe forskere med bedre at forstå lys og hvordan det interagerer med verden på enkelt‑foton‑basis. Dette niveau af dybdegående overvågning var tidligere utilgængeligt. Som sådan mener mange, at dette gennembrud vil hjælpe menneskeheden med bedre at udnytte lysets kraft og hastighed til alles fordel.

Kontrol over fotonstatistikken

Forskningen giver en yderligere fordel ved, at det er første gang, en pålidelig metode til at sortere fotoner ned til deres enkelte element er udviklet. Denne kapacitet vil tillade ingeniører at skabe enheder, der kan bestemme tilstande som stærk bunching til antibunching for at udføre opgaver som at omdanne lys til energi på enkelt‑foton‑niveau, hvilket sikrer en ny æra af effektivitet.

Forskere

Forskerne bag projektet blev ledet af Richard Warburton fra University of Basel, Schweiz. Teamet demonstrerede succesfuldt deres photon‑sifter‑metode og søger nu at udvide deres forskning i de kommende måneder. Deres arbejde bygger på årtier af kvante‑studier og vil hjælpe med at drive det næste kapitel af kvanteforskning.

To virksomheder, der kan drage fordel af Photon Sifter‑studiet

1. Honeywell

HON Prisdiagram

Honeywell er en pioner inden for kvantecomputer‑sektoren. Producenten spænder over flere industrier og har været i drift siden 1906. Denne virksomhed med base i North Carolina tilbyder luft‑ og rumfart samt bygningsteknologier til markedet og er i dag en af de mest genkendelige aktier.

Bemærkelsesværdigt begyndte Honeywell sin opstigning til berømmelse kort efter fusionen med AlliedSignal i 1999. Denne fusion blev efterfulgt af opkøbet af Universal Oil Products for 1,2 mia. $ i 2002. I dag forbliver Honeywell en dominerende kraft på markedet. Dens produkter omfatter en bred vifte af tilbud, såsom miljøkontrolsystemer, elektriske kraftsystemer, motor‑system‑tilbehør, sikkerheds‑ og produktivitetsløsninger samt automatiserings‑ og kontrolnetværk.

Honeywell er en stærk “hold” for handlende af mange grunde. For det første rangerer virksomheden som nr. 115 på Fortune 500, og blev sidste år anerkendt som en af “Verdens mest beundrede virksomheder” af Fortune‑magasinet. I øjeblikket beskæftiger Honeywell mere end 95 000 dygtige fagfolk. Derudover indberettede de en omsætning på 36,66 mia. $ for 2023, hvilket gør dem til en af de største indtjeninger i kvantecomputer‑sektoren. Disse faktorer gør Honeywell til en aktie at holde øje med, da deres kommende indtjeningsrapport kan skabe yderligere efterspørgsel efter dette aktiv.

2. Arqit Quantum ARQQ

Arqit Quantum (ARQQ ) er en britisk cybersikkerhedsvirksomhed, der tilbyder beskyttelse mod angreb fra kvantecomputere. Disse super‑kraftige enheder vil en dag dominere computerlandskabet. Deres kapaciteter gør dem ideelle til næste generations computing, men de udgør også en stor trussel mod nutidens cybersikkerhedsprofessionelle.

Da de erkendte et behov for højt sikre og kvante‑modstandsdygtige systemer, grundlagde David John Williams, David James Bestwick og Geoffrey Taylor Arqit Quantum. Deres unikke tilgang inkluderer at tilbyde Platform‑as‑a‑Service (Paas) og QuantumCloud‑lagringsmuligheder. Begge beskytter brugere mod kvantecomputer‑hacking‑trusler.

Arqit Quantum har oplevet noget værdiforringelse i løbet af august, da størstedelen af teknologisektoren led nogle tab. Dog har virksomheden stort vækstpotentiale, især når man overvejer den stigende globale trussel fra cyberkrig. Arqit Quantums unikke kvantesikre symmetriske nøgle‑aftale‑krypteringsplatform leverer virksomhedsniveau‑beskyttelse, når det er nødvendigt.

Arqit Quantum indgik for nylig et strategisk partnerskab med Sparkle for at skabe et Network‑as‑a‑Service Proof of Concept (PoC), som kan hjælpe med at demonstrere effektiviteten af Arqits systemer mod kvante‑hacks. Analytikere forudser noget vækst fra dette aktiv, efterhånden som virksomheden fortsætter med at samle anerkendelser for sin videnskabelige forskning.

Kun sidste år modtog Arqit Quantum Innovation in Cyber‑prisen, Cyber Security Software Company of the Year‑prisen, og blev hædret af Institution of Engineering and Technology (IET) Awards 2023 for deres banebrydende forskning inden for kvantecomputing.

Fremtiden er Kvante

Der er ingen tvivl om, at regnekraft er blevet en kernekomponent i national sikkerhed og meget mere. Efterhånden som flere af verdens byer bliver smarte, vil disse systemer spille en stadig vigtigere rolle i folks daglige liv. Følgelig er de fleste enige om, at kvanteteknologi skal perfektioneres og beskyttes på en måde, der ikke er skadelig.

Photon Sifters – Åbner Op for Optisk Kvantecomputing

Verden fortsætter med at bevæge sig mod kvantecomputing‑æraen. Disse enheder er nu mindre og mere tilgængelige end nogensinde. I fremtiden vil de blive kommercielt tilgængelige for alle, hvilket åbner døren for nye muligheder på tværs af markeder. For nu er photon‑sifteren et afgørende element i evolutionen fra binær computing til kvante‑muligheder.

Lær om andre seje computer projekter