חוקרים היו חלוצים במודל תקשורת קיוביט מבוסס פוטון, המאפשר שליטה מדויקת בהעברת מידע מחשוב קוונטי. קרדיט: twoday.co.il.com
שני פיזיקאים מאוניברסיטת קונסטנץ מפתחים שיטה שיכולה לאפשר חילופי מידע יציבים במחשבים קוונטיים. בתפקיד הראשי: פוטונים שגורמים לסיביות קוונטיות "לעוף".
מחשבים קוונטיים נחשבים לצעד האבולוציוני הגדול הבא בטכנולוגיית המידע. הם צפויים לפתור בעיות מחשוב שהמחשבים של היום פשוט לא יכולים לפתור – או שייקח עידנים לעשות זאת. קבוצות מחקר ברחבי העולם עובדות על הפיכת המחשב הקוונטי למציאות. זה הכל חוץ מקל, כי הרכיבים הבסיסיים של מחשב כזה, הסיביות הקוונטיות או הקיוביטים, הם שבירים ביותר.
סוג אחד של קיוביט מורכב מהתנע הזוויתי הפנימי (ספין) של אלקטרון בודד, כלומר הם בקנה מידה של אָטוֹם. זה מספיק קשה לשמור על מערכת שבירה כזו שלמה. זה אפילו יותר קשה לחבר שניים או יותר מהקווביטים הללו. אז איך ניתן להשיג חילופי מידע יציבים בין קיוביטים?
קוויביטים מעופפים
שני הפיזיקאים מקונסטנץ בנדיקט טיסו וגידו בורקארד פיתחו כעת מודל תיאורטי של האופן שבו חילופי מידע בין קיוביטים יכולים להצליח על ידי שימוש בפוטונים כ"אמצעי תחבורה" למידע קוונטי.
הרעיון הכללי: תוכן המידע (מצב ספין אלקטרונים) של קיוביט החומר מומר ל"קיוביט מעופף", כלומר פוטון. פוטונים הם "קוואנטות אור" המהוות את אבני הבניין הבסיסיות המרכיבות את שדה הקרינה האלקטרומגנטית.
התכונה המיוחדת של הדגם החדש: פליטות ראמאן מעוררות משמשות להמרת הקיוביט לפוטון. הליך זה מאפשר שליטה רבה יותר על הפוטונים.
"אנו מציעים שינוי פרדיגמה מאופטימיזציה של הבקרה במהלך יצירת הפוטון למיטוב ישיר של הצורה הזמנית של דופק האור בקוביט המעופף", מסביר גידו בורקארד.
איור של מערכת קוונטית (חץ כסף ואורביטלים צהובים, ירוקים וסגולים) באינטראקציה עם מהוד (שתי מראות ושדה אור ורוד ביניהן). בנוסף, המערכת הקוונטית נשלטת על ידי שדה בקרה (לייזר ירוק). פוטון (טיפה זוהרת ורודה) נפלט לתוך סיב אופטי דרך אחת המראות. קרדיט וזכויות יוצרים: בנדיקט טיסו
בנדיקט טיסו משווה את ההליך הבסיסי עם האינטרנט: "במחשב קלאסי, יש לנו את הביטים שלנו, שמקודדים על שבב בצורה של אלקטרונים. אם אנחנו רוצים לשלוח מידע למרחקים ארוכים, תוכן המידע של הביטים מומר לאות אור שמועבר דרך סיבים אופטיים".
עקרון חילופי המידע בין קיוביטים במחשב קוונטי דומה מאוד: "גם כאן עלינו להמיר את המידע למצבים שניתן להעביר בקלות – ופוטונים הם אידיאליים לכך", מסביר טיסו.
מערכת שלוש רמות לשליטה בפוטון
"אנחנו צריכים לשקול כמה היבטים", אומר טיסו: "אנחנו רוצים לשלוט בכיוון שבו המידע זורם – וגם מתי, באיזו מהירות ולאן הוא זורם. לכן אנחנו צריכים מערכת שמאפשרת רמת שליטה גבוהה”.
שיטת החוקרים מאפשרת שליטה זו באמצעות פליטות ראמאן מוגברות בתהודה. מאחורי המונח הזה עומדת מערכת תלת-מפלסית, המובילה להליך רב-שלבי. שלבים אלה מציעים לפיסיקאים שליטה על הפוטון שנוצר. "יש לנו כאן 'עוד כפתורים' שאנו יכולים להפעיל כדי לשלוט בפוטון", ממחיש טיסו.
פליטת ראמאן מעוררת היא שיטה מבוססת בפיזיקה. עם זאת, השימוש בהם לשליחת מצבי קיוביט ישירות הוא יוצא דופן. השיטה החדשה עשויה לאפשר לאזן בין ההשלכות של הפרעות סביבתיות ותופעות לוואי בלתי רצויות של שינויים מהירים בצורתו הזמנית של דופק האור, כך שניתן יהיה ליישם את העברת המידע בצורה מדויקת יותר.
הנוהל המפורט פורסם בכתב העת מחקר סקירה פיזית בפברואר 2024.
