Computing

Photon sifter: posibleng hakbang para sa optical quantum computing

Na-publish Setyembre 3, 2024

Na-update Oktubre 11, 2026

David Hamilton

Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google

Ipinakita ng isang pangkat sa Unibersidad ng Basel sa Switzerland ang isang paraan upang paghiwalayin ang mga iisang photon at liwanag na may magkakasabay na photon. Nagbibigay ito ng mas mahusay na kontrol sa interaksiyon ng liwanag at materya sa antas ng quantum. Maaaring makatulong ang pananaliksik sa mga susunod na sistemang optikal na quantum, ngunit hindi pa ito isang ganap na quantum computer.

Pag-aaral sa Sifter

Sinuri ng mga mananaliksik ang isang photon sifter na gumagamit ng quantum emitter: isang semiconductor quantum dot na nakakabit sa isang optical microcavity. Ang pag-aaral ay nagpapaliwanag kung paano ginagamit ang interaksiyong ito upang paghiwalayin ang liwanag ayon sa estadistika ng mga photon nito. Nangailangan ito ng paglalarawang teoretikal na lampas sa karaniwang single-mode na modelong Jaynes–Cummings.

Mga Pagbabago sa Modelo ng Jaynes-Cummings

Ipinakilala nina Edwin Jaynes at Frank Cummings noong 1963 ang modelong Jaynes–Cummings. Inilalarawan nito ang interaksiyon ng isang atom na may dalawang antas ng enerhiya at isang quantized na mode ng electromagnetic field. Isa itong mahalagang batayan ng quantum optics.

Para sa eksperimentong ito, kailangang isaalang-alang ang coupling efficiency, na inilalarawan ng salik na β, at ang dephasing o pagkawala ng pagkakaugnay ng yugto. Hindi sapat ang pinakasimpleng anyo ng modelo upang ilarawan ang lahat ng naobserbahang asal ng quantum dot at cavity.

Pagsusuri sa Teorya ng Sifter

Gumamit ang pangkat ng isang semiconductor quantum dot sa isang optical microcavity na binubuo ng mga salamin. Ang tinatawag na one-dimensional atom ay tumutukoy sa kontroladong pagkakabit nito sa optical mode; hindi ibig sabihin na ang quantum dot ay isang photon o literal na atom na iisa lamang ang dimensiyon.

Laser

Isang mahinang laser ang itinapat sa microcavity na may quantum dot na humigit-kumulang 20 nanometro ang lapad. Naaayos ang pagitan ng mga salamin upang itono ang cavity. Gumamit din ang optical setup ng half-wave plates at isang beam splitter na sensitibo sa polarisasyon upang paghiwalayin at sukatin ang lumalabas na liwanag.

Dahil sa interaksiyon ng quantum dot at cavity, magkaiba ang estadistika ng photon sa mga output port. Sinukat ng mga mananaliksik ang transmission at mga correlation ng photon upang matukoy kung ang liwanag ay may photon bunching o antibunching.

Mga Resulta

Naitala ng eksperimento ang 99.2% na extinction o pagbawas ng transmission sa ilalim ng mahinang laser excitation. Hindi ito 99.2% na katumpakan sa pag-uuri ng mga photon. Naitala rin ang napakalakas na bunching, na may second-order correlation g²(0) na umaabot sa 587.

Ipinapakita ng mga resultang ito ang isang paraan upang kontrolin at suriin ang estadistika ng liwanag sa antas ng photon. Mahalaga ang mga ganitong kakayahan para sa pananaliksik sa photonic quantum information, ngunit kailangan pa ng karagdagang pag-unlad bago maisama sa praktikal na mga computer.

Posibleng Gamit

Isa sa mga posibleng gamit nito ang pagbuo ng mga optical logic gate at iba pang bahagi ng mga photonic quantum system. Nananatiling mahirap ang paglikha ng maaasahan at malawakang all-optical quantum computing; hindi pa nalulutas ng eksperimentong ito ang lahat ng kinakailangan nito.

Mga Benepisyo ng Photon Sifter

Nagbibigay ang photon sifter ng karagdagang paraan upang pag-aralan ang interaksiyon ng liwanag at materya. Sa pamamagitan ng pagsukat sa asal ng mga iisang photon at mga pangkat nito, masusubukan ng mga mananaliksik ang mga modelong mahalaga sa quantum optics.

Kontrol sa Estadistika ng Photon

Maaaring baguhin ng sistema ang photon statistics mula sa malakas na bunching tungo sa antibunching. Tumutukoy ito sa posibilidad na magkakasabay o magkakahiwalay na matukoy ang mga photon. Hindi ito paglikha ng enerhiya o patunay ng mas mahusay na pag-convert ng liwanag sa kuryente.

Mga Mananaliksik

Kabilang sa pangkat ang mga mananaliksik mula sa Unibersidad ng Basel na kaugnay ng laboratoryo ni Richard Warburton. Nakabatay ang kanilang eksperimento sa naunang gawain sa cavity quantum electrodynamics at maaaring maging batayan ng susunod na pananaliksik sa pagkontrol ng liwanag.

Dalawang kumpanyang may kaugnayan sa teknolohiyang quantum

May mga kumpanyang aktibo sa quantum computing at quantum-safe cybersecurity. Gayunman, magkaiba ang kanilang teknolohiya at ang photon sifter na pinag-aralan dito. Walang ipinakitang direktang komersiyal na aplikasyon o tiyak na pagtaas ng kita para sa mga kumpanyang ito mula sa pag-aaral.

1. Honeywell

HON Tsart ng Presyo

Ang Honeywell ay isang malaking kumpanyang industriyal na may mga negosyo sa aerospace, automation at teknolohiya para sa mga gusali. Mayroon din itong interes sa quantum computing sa pamamagitan ng Quantinuum. Ang trapped-ion na teknolohiya ng Quantinuum ay naiiba sa photonic na eksperimento sa artikulong ito.

Nagsanib ang Honeywell at AlliedSignal noong 1999. Noong Nobyembre 2005, binili ng Honeywell ang natitirang 50% ng Universal Oil Products mula sa Dow sa halagang $825 milyon. Saklaw ng mga produkto nito ang mga sistema para sa eroplano, kontrol at automation, at iba pang gamit sa industriya.

Nagtala ang Honeywell ng kita na humigit-kumulang $36.66 bilyon noong 2023. Kabuuang kita iyon ng grupo, hindi kita mula lamang sa quantum computing. Kailangang suriin ang mga ulat sa pananalapi at mga panganib nito bago magpasya sa pamumuhunan; hindi sapat ang photon sifter study upang magbigay ng rekomendasyong bumili o humawak ng stock.

2. Arqit Quantum ARQQ

Ang Arqit Quantum (ARQQ ) ay isang kumpanyang cybersecurity sa United Kingdom na gumagawa ng teknolohiya para sa quantum-safe na pamamahala ng mga encryption key. Layunin nitong tugunan ang mga panganib na maaaring idulot ng mas makapangyarihang quantum computer sa ilang kasalukuyang paraan ng cryptography.

Kabilang sa mga tagapagtatag ng Arqit sina David John Williams, David James Bestwick at Geoffrey Taylor. Ang QuantumCloud nito ay isang serbisyong nakatuon sa symmetric-key agreement at pamamahala ng key. Hindi ito isang ordinaryong cloud storage service para sa mga file.

Nakasalalay ang halaga ng negosyo sa paggamit ng mga customer sa teknolohiya nito, mga kontrata, kumpetisyon at kalagayang pinansiyal. Ang lumalaking pangangailangan sa cybersecurity ay hindi garantiya ng pagtaas ng presyo ng stock o tagumpay ng isang partikular na produkto.

Noong Agosto 2024, inanunsiyo ng Arqit at Sparkle ang isang Network-as-a-Service proof of concept na gumagamit ng quantum-safe na teknolohiya. Isa itong demonstrasyon ng isang partikular na gamit, hindi patunay na ligtas na ang lahat ng network laban sa anumang pag-atakeng quantum.

Iniulat din ng Arqit ang mga parangal sa cybersecurity at pagkilala sa IET Awards noong 2023. Ang gayong pagkilala ay hindi katumbas ng independiyenteng garantiya sa seguridad o ng tiyak na balik sa pamumuhunan.

Ang Hinaharap ay Quantum

Mahalaga ang seguridad ng mga computer at network para sa mga negosyo, serbisyong pampubliko at pambansang imprastraktura. Habang umuunlad ang quantum computing, kailangan ding suriin at palakasin ang cryptography upang maprotektahan ang sensitibong impormasyon.