• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Unijni naukowcy odnoszą kwantowy sukces

    12.11.2010. 16:26
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Sieci komunikacji kwantowej znajdują się wysoko pośród priorytetów europejskich, ze szczególnym naciskiem na pamięć kwantową i przechowywanie informacji. Zespół naukowców z Danii sprostał wyzwaniu udostępnienia użytkownikom takich danych, wykorzystując dwie "splątane" wiązki światła do przechowywania informacji kwantowych. Badania, których wyniki zostały zaprezentowane w czasopiśmie Nature Physics, zostały dofinansowane z łączonych środków unijnych na kwotę niemal 16 mln EUR.

    Eksperci są przekonani, że sieci kwantowe zapewnią użytkownikom wyższy poziom bezpieczeństwa informacji w stosunku to dostępnego obecnie. Jednym z istotnych komponentów komunikacji kwantowej jest splątanie między systemami kwantowymi wykorzystującymi dwie wiązki światła. W skrócie splątanie to połączenie dwóch wiązek światła. Wiązki te mają dokładnie zdefiniowane wspólne parametry - niczym wspólną wiedzę. Zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, stan kwantowy można wykorzystać do bezpiecznego transferu informacji bez możliwości skopiowania.

    Naukowcy, pracujący pod kierunkiem profesora Eugene'a Polzika z Instytutu im. Nielsa Bohra Uniwersytetu Kopenhaskiego z powodzeniem przechowali dwie splątane wiązki światła w dwóch pamięciach kwantowych. Wykorzystali las luster i elementów optycznych, takich jak dzielniki wiązki i płytki falowe na dużym stole, dzięki czemu światło zostało wysłane w drogę przez labirynt o długości ponad 10 metrów. Wykorzystanie elementów optycznych umożliwiło naukowcom, którzy są członkami grupy Quantop utworzonej przy Instytucie, kontrolować światło oraz regulować jego rozmiar i natężenie, skutecznie zapewniając spełnienie wymagań eksperymentu przez długość fali i polaryzację światła.

    Naukowcy wyjaśniają, że stworzyli splątane wiązki światła, wysyłając pojedynczą, niebieską wiązkę światła przez kryształ, w którym została ona rozszczepiana na dwie wiązki czerwone. Dwie czerwone wiązki światłą mają taki sam stan kwantowy, ponieważ są splątane. Zdaniem zespołu stan kwantowy sam w sobie stanowi informację.

    Labirynt luster i elementów optycznych odbiera dwie wiązki światła, które następnie docierają do dwóch pamięci. Na potrzeby tych badań naukowcy wykorzystali dwa pojemniki szklane wypełnione gazem atomów cezu. Zespół stwierdził, że stan kwantowy atomów zawiera informacje w postaci tak zwanego spinu, który może być skierowany "w górę" lub "w dół".

    Naukowcy mogą następnie porównać go z danymi komputerowymi, zapisanymi w postaci cyfr 0 i 1. Transfer stanu kwantowego z dwóch wiązek światła do dwóch pamięci następuje po przejściu wiązek światła przez atomy. A wynik końcowy? Informacje są przechowywane w nowym stanie kwantowym w atomach.

    "Po raz pierwszy tego typu pamięć została zaprezentowana z bardzo wysokim stopniem niezawodności. Tak naprawdę jest tak wysoki, że niemożliwy do osiągnięcia za pomocą tradycyjnej pamięci w przypadku światła wykorzystywanego na przykład w komunikacji internetowej. Ten wynik oznacza, że sieć kwantowa jest o krok bliżej urzeczywistnienia" - mówi profesor Polzik.

    Badania zostały w części sfinansowane z sześciu unijnych projektów: Q-ESSENCE, HIDEAS, CORNER, COMPAS, COQUIT oraz EMALI.

    Projekty Q-ESSENCE, HIDEAS, CORNER, COMPAS, COQUIT są finansowane z tematu "Technologie informacyjne i komunikacyjne" Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE. Projekt Q-ESSENCE (Interfejsy, czujniki i komunikacja kwantowa oparte na splątaniu) otrzymał 4,7 mln EUR; projekt HIDEAS (Wielowymiarowe systemy splątane) uzyskał 2 mln EUR; projektowi CORNER (Skorelowane efekty szumów w przetwarzaniu informacji kwantowej) przyznano 2,09 mln EUR; projekt COMPAS (Technika komputerowa z mezoskopowymi stanami fotonowymi i atomowymi) otrzymał wsparcie na kwotę 1,59 mln EUR; a dofinansowanie dla projektu COQUIT (Zbiorowe operacje kwantowe na potrzeby technologii informacyjnych) wyniosło 1,16 mln EUR.

    Projekt EMALI (Inżynieria, manipulacja i charakterystyka stanów kwantowych materii i światła) otrzymał 4,39 mln EUR dofinansowania z budżetu sieci badawczo-szkoleniowej Marie Curie Szóstego Programu Ramowego (6PR) UE.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Teleportacja kwantowa (QT z ang. quantum teleportation) – w kwantowej teorii informacji technika pozwalająca na przeniesienie stanu kwantowego na dowolną odległość z wykorzystaniem stanu splątanego. Stan splątany – rodzaj skorelowanego stanu kwantowego dwóch lub więcej cząstek lub innych układów kwantowych. Ma on niemożliwą w fizyce klasycznej cechę polegającą na tym, że stan całego układu jest lepiej określony niż stan jego części. W kwantowej teorii informacji kodowanie supergęste to technika używana do wysyłania dwóch bitów klasycznej informacji przy użyciu tylko jednego kubitu z pomocą splątania.

    Harald Weinfurter (ur. 14 maja 1960 w Steyr) – profesor fizyki w Uniwersytetecie Ludwiga Maximiliana (niem. Ludwig-Maximilians-Universität München, LMU, Uniwersytet Monachijski). Specjalista w dziedzinie eksperymentów dotyczących podstaw mechaniki kwantowej, a w szczególności: kwantowej interferometrii ze skorelowanymi fotonami, kwantowego splątania, nierówności Bella, kwantowej komunikacji i przetwarzania informacji, kwantowej kryptografii i metrologii. Dekoherencja kwantowa, to w mechanice kwantowej proces opisujący oddziaływanie obiektu kwantowego z otoczeniem. Jest to fundamentalny proces tłumaczący w jaki sposób mechanika klasyczna może być rozumiana jako przybliżenie mechaniki kwantowej. Oddziaływanie z otoczeniem stanowi realizację kwantowego pomiaru, procesu który prowadzi do redukcji funkcji falowej. Dekoherencja zakłada oddziaływanie obiektu z otoczeniem w sposób nieodwracalny w sensie termodynamicznym, co niszczy interferencję między danym obiektem i otoczeniem. Innymi słowy dekoherencja eliminuje ewentualne splątanie układu kwantowego z otoczeniem. Dekoherencja może być rozumiana jako utrata informacji o układzie wskutek jego oddziaływania z otoczeniem.

    Światłowody fotoniczne (ang. Photonic crystal fiber, PCF, dosłowne tłumaczenie "światłowód z kryształu fotonicznego") to nowa rodzina włókien światłowodowych, wykorzystująca do prowadzenia światła właściwości kryształów fotonicznych. Dzięki zdolności skupiania światła w pustym rdzeniu oraz charakterystykom skupiania światła niemożliwym do uzyskania w klasycznych światłowodach, światłowody fotoniczne mogą znaleźć zastosowanie w komunikacji światłowodowej, laserach światłowodowych, optycznych przyrządach nieliniowych, transmisji dużych mocy optycznych, czujnikach gazów i w innych obszarach. Stan kwantowy — informacja o układzie kwantowym pozwalająca przewidzieć prawdopodobieństwa wyników wszystkich pomiarów, jakie można na tym układzie wykonać. Stan kwantowy jest jednym z podstawowych pojęć mechaniki kwantowej.

    Bramki kwantowe – proste elementy wykonujące podstawowe obliczenia przeprowadzane przez algorytmy kwantowe. Bramki kwantowe stanowią podstawowe operacje realizowane przez komputery kwantowe i służą do przetwarzania informacji kwantowej. Bramki kwantowe na schematach obwodów kwantowych oznaczamy za pomocą ramek, a w obliczeniach stosujemy postać macierzy unitarnych. Główna liczba kwantowa (n) - pierwsza z liczb kwantowych opisujących układ kwantowy określająca energię układu, np. energię elektronów w atomie. Przyjmuje ona wartości liczb naturalnych n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7... Stany kwantowe o tej samej wartości głównej liczby kwantowej tworzą powłokę elektronową, zwaną poziomem energetycznym. Powłoki te oznacza się kolejno K, L, M, N, O, P, Q. Powłoce K odpowiada n = 1, powłoce L odpowiada n = 2...

    Zmienna prędkość światła (VSL – variable speed of light), to koncepcja, zgodnie z którą prędkość światła w próżni oznaczana jako c, może nie być stała. W większości przypadków w fizyce materii skondensowanej, kiedy światło przechodzi przez ośrodek, jego prędkość fazowa jest mniejsza. Wirtualne fotony w pewnych rozważaniach w ramach kwantowej teorii pola mogą także podróżować z inną prędkością niż c na krótkich dystansach; jednak, nie wynika z tego, że cokolwiek może poruszać się szybciej od światła.

    Stan mieszany - nie w pełni określony stan układu kwantowego (patrz stan kwantowy). Jest on probabilistyczną mieszaniną stanów czystych - stąd nazwa. Oznacza to, że stan mieszany z pewnymi prawdopodobieństwami klasycznymi może znajdować się w różnych stanach czystych. Jest to sytuacja odmienna od zasady superpozycji kwantowej dla stanów czystych. Superpozycja kwantowa różnych stanów dopuszcza interferencję między tymi stanami. W przypadku mieszaniny statystyczej różnych stanów mamy do czynienia z całkowicie niezależnymi realizacjami.

    Kubajt (ang. qubyte lub qbyte, bajt kwantowy) - w informatyce kwantowej jednostka informacji kwantowej. Nazwa pochodzi z połączenia angielskich słów quantum - kwant, kwantowy i byte - bajt. Relatywistyczna mechanika kwantowa – teoria kwantowa uwzględniająca istnienie skończonej, maksymalnej do osiągnięcia prędkości równej prędkości światła, zarówno dla ruchu cząstek, jak i propagacji oddziaływania. W teorii tej nierelatywistyczne równanie Schrödingera (słuszne dla małych prędkości) zastępowane jest równaniem Kleina-Gordona lub Diraca. Relatywistyczna mechanika kwantowa stosuje kwantowy opis ruchu w czasoprzestrzeni Minkowskiego. Immanentną cechą opisu relatywistycznego mechaniki kwantowej z użyciem równania Diraca jest istnienie spinu. Teoria ta napotyka na liczne problemy interpretacyjne (zitterbewegung, paradoks Kleina, rozwiązania o ujemnej energii) i przez to nie jest teorią spójną. Jej naturalnym uogólnieniem jest kwantowa teoria pola, która w naturalny sposób rozwiązuje większość problemów relatywistycznej mechaniki kwantowej.

    Rozpraszanie światła (fal elektromagnetycznych), zjawisko oddziaływania światła z materią, w wyniku którego następuje zmiana kierunku rozchodzenia się światła, z wyjątkiem zjawisk opisanych przez odbicie i załamanie światła. Wywołuje złudzenie świecenia ośrodka.

    Dodano: 12.11.2010. 16:26  


    Najnowsze