Kwantumverstrengeling is een van de meest fundamentele en intrigerende fenomenen in de natuur. Recent onderzoek naar verstrengeling is een waardevolle hulpbron gebleken voor kwantumcommunicatie en informatieverwerking. Nu hebben wetenschappers uit Japan een stabiele kwantumverstrengelde toestand van twee protonen op een siliciumoppervlak ontdekt, waardoor deuren worden geopend naar een organische unie van klassieke en kwantumcomputerplatforms en mogelijk de toekomst van kwantumcomputers wordt versterkt. technologie.
Een van de meest interessante fenomenen in de kwantummechanica is 'kwantumverstrengeling'. Dit fenomeen beschrijft hoe bepaalde deeltjes onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn, zodat hun toestanden alleen kunnen worden beschreven met verwijzing naar elkaar. Deze deeltjesinteractie vormt ook de basis van quantum computing. En daarom hebben natuurkundigen de afgelopen jaren gezocht naar technieken om verstrengeling te genereren. Deze technieken worden echter geconfronteerd met een aantal technische hindernissen, waaronder beperkingen bij het creëren van een groot aantal "qubits" (kwantumbits, de basiseenheid van kwantuminformatie), de noodzaak om extreem lage temperaturen (<1 K) te handhaven en het gebruik van ultrazuivere materialen. Oppervlakken of interfaces zijn cruciaal bij de vorming van kwantumverstrengeling. Helaas zijn elektronen die beperkt zijn tot oppervlakken vatbaar voor "decoherentie", een toestand waarin er geen gedefinieerde faserelatie is tussen de twee verschillende toestanden. Om stabiele, coherente qubits te verkrijgen, moeten dus de spintoestanden van oppervlakte-atomen (of equivalent protonen) worden bepaald.
Onlangs heeft een team van wetenschappers in Japan, waaronder Prof. Takahiro Matsumoto van Nagoya City University, Prof. Hidehiko Sugimoto van Chuo University, Dr. Takashi Ohhara van de Japan Atomic Energy Agency, en Dr. Susumu Ikeda van High Energy Accelerator Research Organization, erkende de behoefte aan stabiele qubits. Door naar de spintoestanden aan het oppervlak te kijken, ontdekten de wetenschappers een verstrengeld paar protonen op het oppervlak van een silicium nanokristal.
Prof. Matsumoto, de hoofdwetenschapper, schetst de betekenis van hun studie, “Protonenverstrengeling is eerder waargenomen in moleculaire waterstof en speelt een belangrijke rol in verschillende wetenschappelijke disciplines. De verstrengelde toestand werd echter alleen gevonden in gas- of vloeistoffasen. Nu hebben we kwantumverstrengeling op een vast oppervlak gedetecteerd, wat de basis kan leggen voor toekomstige kwantumtechnologieën.” Hun baanbrekende studie werd gepubliceerd in een recent nummer van Fysieke beoordeling B.
De wetenschappers bestudeerden de spintoestanden met behulp van een techniek die bekend staat als "inelastische neutronenverstrooiingsspectroscopie" om de aard van oppervlaktetrillingen te bepalen. Door deze oppervlakte-atomen te modelleren als "harmonische oscillatoren", toonden ze anti-symmetrie van protonen. Omdat de protonen identiek (of niet te onderscheiden) waren, beperkte het oscillatormodel hun mogelijke spintoestanden, wat resulteerde in een sterke verstrengeling. Vergeleken met de protonenverstrengeling in moleculaire waterstof, herbergde de verstrengeling een enorm energieverschil tussen zijn toestanden, wat de levensduur en stabiliteit ervan verzekerde. Bovendien demonstreerden de wetenschappers theoretisch een cascade-overgang van terahertz-verstrengelde fotonparen met behulp van de protonverstrengeling.
De samenvloeiing van protonqubits met hedendaagse siliciumtechnologie zou kunnen resulteren in een organische unie van klassieke en kwantumcomputerplatforms, waardoor een veel groter aantal qubits mogelijk wordt (106) dan momenteel beschikbaar (102) en ultrasnelle verwerking voor nieuwe supercomputertoepassingen. “Kwantumcomputers kunnen ingewikkelde problemen aan, zoals factorisatie van gehele getallen en het 'traveling salesman-probleem', die vrijwel onmogelijk op te lossen zijn met traditionele supercomputers. Dit kan een spel-wisselaar in kwantumcomputing met betrekking tot het opslaan, verwerken en overdragen van gegevens, mogelijk zelfs leidend tot een paradigmaverschuiving in farmaceutica, gegevensbeveiliging en vele andere gebieden, " concludeert een optimistische Prof. Matsumoto.
We zouden op het punt staan getuige te zijn van een technologische revolutie in kwantumcomputing!
ELE-tijden
-
ELE-tijdenhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsDeep Learning-algoritmen gebruiken om fietsers de 'groene golf' bij verkeerslichten te geven
-
ELE-tijdenhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsIndia innoveert technologie die waterstof rechtstreeks genereert uit landbouwresten
-
ELE-tijdenhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsStudie zegt dat 'blauwe waterstof' waarschijnlijk slecht is voor het klimaat
-
ELE-tijdenhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsMouser presenteert Single Pair Ethernet-site van Texas Instruments en Phoenix Contact