Photon-Sifter öffnet die Tür für reinoptische Quantencomputer

Ein Forschungsteam der Universität Basel, Schweiz, stellte diese Woche eine neue Methode zur Trennung einzelner Photonen von Clustern vor. Die neue Methode ermöglicht es Forschern, Wechselwirkungen auf molekularer Ebene besser zu steuern. Bemerkenswerterweise sehen viele Forscher das Sortieren einzelner von mehreren Photonstrukturen als einen entscheidenden Schritt, um diese Technologie zur Leistungssteigerung der Supercomputer der Welt und vieles mehr zu nutzen. Hier ist, was Sie wissen müssen.

Sifter-Studie

Ingenieure wollten demonstrieren, wie ein Sifter-Gerät diese Aufgabe zuverlässig und effektiv bewältigen kann. Das System integriert einen Quantenemitter, der die Erzeugung eines eindimensionalen Atoms, bekannt als Quantenpunkt, ermöglicht. Interessanterweise geht die Studie darauf ein, wie ein Sifter-Mechanismus Photonen kanalisiert, um sie basierend darauf zu trennen, ob sie allein oder mit anderen Photonen verbunden sind. Um diese Aufgabe zu erfüllen, nahm das Team einige Änderungen am Jaynes-Cummings-Modell vor.

Varianten des Jaynes-Cummings-Modells

Das Jaynes-Cummings-Modell hat die Quantenoptik seit mehr als sechzig Jahren geprägt. Edwin Jaynes und Frank Cummings stellten es 1963 der Welt vor, und seitdem ist es für den Sektor von entscheidender Bedeutung. Bemerkenswerterweise hat dieses Modell das Verständnis der Forscher für Licht‑Materie‑Wechselwirkungen vereinfacht, einschließlich der Interaktion eines zweistufigen Atoms mit einem quantisierten elektromagnetischen Feld. Diese Faktoren machten das Jaynes-Cummings-Modell ideal für die Erstellung neuer Formeln.
Es gab einige Nachteile des Jaynes-Cummings-Modells, die die Forscher für die Studie überwinden mussten. Das Team stellte fest, dass das Modell es erschwerte, die maximale Kopplungseffizienz (훽‑Faktor) und den niedrigen Dephasierungsmoment genau zu bestimmen. Daher entwickelten sie eine Variante, die Quantenpunkte nutzte, um zusätzliche Fähigkeiten zu erreichen.

Testen der Sifter-Theorie

Der erste Schritt beim Testen der Sifter-Theorie bestand darin, einen Halbleiter‑Quantenpunkt zu erzeugen. Dieses einstufige Photon stellte ein eindimensionales Atom dar, das anschließend in eine Mikroresonator‑Kavität eingesetzt wurde. Diese Mikroresonator‑Kavität verfügte über reflektierende Innenwände und war offen, sodass sie abgestimmt werden konnte, wodurch Ingenieuren die Möglichkeit gegeben wurde, 훽 und andere Faktoren anzupassen.

Laser

Ein schwacher Laser wurde zusammen mit einer 20 nm breiten Insel aus Halbleitern eingesetzt, um die reflektierenden Wände der Mikroresonator‑Kavität zu treffen. Für die Studie wurde der Laser auf die teilweise transparenten Wände der Kavität fokussiert, bevor er über eine Zwei‑Spiegel‑Trennung aktiviert wurde. Das gebrochene Licht wurde anschließend zu einer Strahlteiler‑Anordnung mit halbwelligen Platten geleitet, die speziell zum Trennen der Photonen ausgerichtet waren. Zusätzlich wurde der Strahlteiler polarisationsempfindlich gebaut, was ebenfalls zu einer effektiveren Trennung beitrug.
Bemerkenswerterweise leitete der Splitter einzelne Photonen automatisch in einen separaten Anschluss im Gegensatz zu Mehrphotonen‑Clustern. Zusätzlich maß das System, wie viele Photonen mit dem Quantenpunkt interagierten, um den tatsächlichen Energiestatus zu bestimmen. Quantenpunkte sind für diese Aufgabe ideal, da sie Photonen absorbieren und Licht basierend auf den verschiedenen Wechselwirkungen emittieren.

Ergebnisse

Die Forscher stellten fest, dass der Sifter einzelne Photonen präzise von Clustern trennte. Die Studie zeigte zudem, dass die Ingenieure mit einem schwachen Laser eine Extinktion von 99,2 % in der Transmission erreichen konnten. Darüber hinaus enthüllten die neuen Daten einige interessante Ergebnisse, darunter Korrelationsfunktionen zweiter Ordnung.
Beeindruckend ermöglicht der Sifter das präzise Trennen und Messen der durch den Mechanismus hindurchgehenden Photonenmenge. Diese Fähigkeit wird künftig neue Möglichkeiten eröffnen, da die Möglichkeit, Photonbündelung zu bestätigen, Photonen nach ihrem Zustand zu trennen und die Anregungsniveaus von Photonen besser zu überwachen, alles entscheidende Schritte sind, um diese Technologie eines Tages zur Leistungssteigerung von Next‑Generation‑Computern und mehr zu nutzen.

Potenzielle Anwendungsfälle

Es gibt zahlreiche potenzielle Anwendungsfälle für diese Technologie. Der Hauptfokus liegt dabei auf der Entwicklung neuer photonischer Logikgatter. Quantenlogik spielt eine entscheidende Rolle in den heutigen superschnellen Quantencomputern. Allerdings war es bisher schwierig, zu 100 % rein optische photonische Logikgatter für Quantencomputer zu erstellen, da die Wissenschaft nicht zuverlässig genug war. Diese neueste Studie öffnet die Tür, damit diese Systeme endlich vorankommen können.

Vorteile des Photon-Sifters

Die Photon‑Sifter‑Studie zeigt mehrere Vorteile auf. Erstens wird diese Technologie Forschern helfen, Licht und dessen Wechselwirkung mit der Welt auf Einzelphotonenbasis besser zu verstehen. Dieses Niveau an tiefgehender Überwachung war bisher nicht verfügbar. Daher glauben viele, dass dieser Durchbruch der Menschheit ermöglichen wird, die Kraft und Geschwindigkeit des Lichts besser zu nutzen, um alles zu verbessern.

Kontrolle über die Photon-Statistiken

Diese Forschung bietet einen weiteren Vorteil, da es das erste Mal ist, dass eine zuverlässige Methode zum Sortieren von Photonen bis zu ihrem einzelnen Element entwickelt wurde. Diese Fähigkeit ermöglicht es Ingenieuren, Geräte zu schaffen, die Zustände wie starkes Bunching bis Antibunching bestimmen können, um Aufgaben wie die Umwandlung von Licht in Energie auf Einzelphotonenebene zu erledigen, was ein neues Zeitalter der Effizienz sichert.

Forscher

Die hinter dem Projekt stehenden Forscher wurden von Richard Warburton von der Universität Basel, Schweiz, geleitet. Das Team hat ihre Photon‑Sifter‑Methode erfolgreich demonstriert und plant nun, ihre Forschung in den kommenden Monaten auszubauen. Ihre Arbeit baut auf Jahrzehnten quantenphysikalischer Studien auf und wird dazu beitragen, das nächste Kapitel der Quantenforschung voranzutreiben.

Zwei Unternehmen, die vom Photon‑Sifter‑Studie profitieren können

Mehrere große Technologieunternehmen könnten die Erkenntnisse dieser Studie integrieren, um ihre Produkte und Dienstleistungen zu verbessern. Diese Unternehmen dominieren bereits den exklusiven Quantencomputing‑Sektor. Daher könnten sie in Zukunft noch höhere Renditen erzielen, indem sie diese Entdeckung nutzen.

1. Honeywell

(HON )

Honeywell ist ein Pionier im Quantencomputer‑Sektor. Der Hersteller ist in mehreren Branchen tätig und besteht seit 1906. Dieses in North Carolina ansässige Unternehmen bietet Luft‑ und Raumfahrt‑ sowie Gebäudetechnologien an und ist heute eine der bekanntesten Aktien.

Bemerkenswerterweise begann Honeywell seinen Aufstieg kurz nach der Fusion mit AlliedSignal im Jahr 1999. Dieser Zusammenschluss wurde 2002 durch die Übernahme von Universal Oil Products für 1,2 Mrd. $ ergänzt. Heute bleibt Honeywell ein dominierender Akteur auf dem Markt. Zu den Produkten gehören ein breites Spektrum, darunter Umweltkontrollsysteme, elektrische Energiesysteme, Zubehör für Triebwerkssysteme, Sicherheits‑ und Produktivitätslösungen sowie Automatisierungs‑ und Steuerungsnetzwerke.

Honeywell ist für Händler aus vielen Gründen ein starkes „Hold“. Einerseits belegt das Unternehmen Platz 115 in der Fortune‑500‑Liste und wurde im vergangenen Jahr von Fortune Magazine als eines der „weltweit bewunderten Unternehmen“ ausgezeichnet. Derzeit beschäftigt Honeywell mehr als 95.000 Fachkräfte. Außerdem erzielte das Unternehmen im Jahr 2023 einen Umsatz von 36,66 Mrd. $, was es zu einem der größten Verdiener im Quantencomputer‑Sektor macht. Diese Faktoren machen Honeywell zu einer Aktie, die man beobachten sollte, da die bevorstehende Gewinnmitteilung die Nachfrage nach diesem Vermögenswert weiter steigern könnte.

2. Arqit Quantum ARQQ

(AARQ )

Arqit Quantum ist ein britisches Cybersicherheitsunternehmen, das Schutz vor Angriffen von Quantencomputern bietet. Diese leistungsstarken Geräte werden eines Tages die Computerlandschaft dominieren. Ihre Fähigkeiten machen sie ideal für die nächste Generation des Rechnens, stellen jedoch gleichzeitig eine enorme Bedrohung für die heutigen Cybersicherheitsfachleute dar.

Angesichts der Nachfrage nach hochsicheren und quantenresistenten Systemen gründeten David John Williams, David James Bestwick und Geoffrey Taylor Arqit Quantum. Ihr einzigartiger Ansatz umfasst das Angebot von Platform‑as‑a‑Service (PaaS) und QuantumCloud‑Speicheroptionen. Beide schützen Nutzer vor Bedrohungen durch Quantencomputer‑Hacking.

Arqit Quantum verzeichnete im August einen gewissen Wertverlust, da der Großteil des Technologiesektors Verluste erlitt. Dennoch hat das Unternehmen ein großes Aufwärtspotenzial, insbesondere wenn man die weltweit wachsenden Bedrohungen durch Cyberkriegsführung berücksichtigt. Die einzigartige, quantensichere symmetrische Schlüsselvereinbarungs‑Verschlüsselungsplattform von Arqit Quantum bietet bei Bedarf Schutz auf Unternehmensniveau.

Arqit Quantum hat kürzlich eine strategische Partnerschaft mit Sparkle geschlossen, um einen Network‑as‑a‑Service Proof of Concept (PoC) zu erstellen, der die Wirksamkeit von Arqits Systemen gegen Quantenangriffe demonstrieren könnte. Analysten prognostizieren ein gewisses Wachstum dieses Vermögenswertes, da das Unternehmen weiterhin Auszeichnungen für seine wissenschaftliche Forschung sammelt.

Allein im vergangenen Jahr erhielt Arqit Quantum den Innovation in Cyber Award, den Cyber Security Software Company of the Year Award und wurde von den Institution of Engineering and Technology (IET) Awards 2023 für seine bahnbrechende Forschung im Bereich Quantencomputing ausgezeichnet.

Die Zukunft ist Quanten

Es besteht kaum Zweifel, dass Rechenleistung zu einem Kernbestandteil der nationalen Sicherheit und darüber hinaus geworden ist. Da immer mehr Städte weltweit intelligent werden, werden diese Systeme zweifellos eine immer wichtigere Rolle im täglichen Leben der Menschen spielen. Folglich sind sich die meisten einig, dass Quanten‑Technologie perfektioniert und geschützt werden muss, ohne schädlich zu sein.

Photon‑Sifter – Freischaltung optischer Quantencomputer

Die Welt bewegt sich weiterhin in Richtung der Quantencomputing‑Ära. Diese Geräte sind jetzt kleiner und leichter verfügbar als je zuvor. In Zukunft werden sie für jedermann kommerziell erhältlich sein, was neue Möglichkeiten in allen Märkten eröffnet. Derzeit ist der Photon‑Sifter ein entscheidendes Element der Entwicklung vom binären Computing zu Quantenoptionen.

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