Еще один шаг на пути к квантовым компьютерам: интерференция двух разных фотонов
Французские физики добились интерференции между фотонами, испущенными совершенно независимыми атомами. Это важный шаг на пути к созданию квантовых компьютеров.
Квантовая информатика — дело уже недалекого будущего. В квантовых вычислительных системах информация будет кодироваться не единицей или нулем, а квантовыми состояниями элементарных частиц, а вычисления будут опираться на совершенно недостижимую для обычного компьютера степень параллельности (см. статьи в журнале Квантовые компьютеры и квантовые вычисления). После того как в последние десятилетия XX века принципиальная возможность квантовых вычислений стала очевидной, а в 2001 году был продемонстрирован первый рабочий прототип квантового компьютера, исследователи сосредоточились на оптимизации процесса квантовых вычислений.
В одной из схем квантового компьютера для передачи данных используются отдельные кванты света — фотоны. В них можно закодировать квантовые биты информации, которую надо передать от одного атома к другому, и, кроме того, фотонами легко управлять без разрушения их квантовых состояний. Например, квантовые логические узлы, аналогичные «И» и «ИЛИ», можно будет реализовать, используя интерференцию фотонов.
Но тут-то и начинаются сложности. Дело в том, что обычная интерференция света, которую можно наблюдать в повседневных явлениях (игра цветов на мыльных пузырях или пленках бензина в лужах), — результат интерференции каждого фотона с самим собой. Интерференцию же двух фотонов разного происхождения организовать и пронаблюдать очень трудно.
В принципе, теоретических препятствий для этого нет: надо лишь, чтобы два фотона были совершенно одинаковыми. Это подразумевает не только одинаковую длину волны и одинаковую поляризацию, но и идентичное пространственное распределение этих двух квантов электромагнитных волн. Малейшая непохожесть волновых фронтов превратит их в две в чём-то различающиеся частицы, и интерференция ослабнет или вообще исчезнет.
Достичь интерференции между двумя фотонами в эксперименте удалось лишь несколько лет назад. В одном из экспериментов, например, ученые смогли как бы наложить друг на друга два фотона, последовательно испущенных одним и тем же атомом. Однако для оптических квантовых компьютеров этого недостаточно: ведь нужно заставить интерферировать фотоны, испущенные разными источниками.
Именно это сумели сделать исследователи из Института оптики в Орсэ (Франция). Результаты их опытов были изложены в недавней статье J. Beugnon et al., Nature, 440, 779 (6 April 2006).
В эксперименте французов фотоны излучались двумя атомами рубидия, пойманными в две оптические ловушки и разделенными большим (для атомного мира) расстоянием в 6 микрон. Эти два атома облучались лазерным лучом, переходили в одни и те же возбужденные состояния и затем, независимо друг от друга, излучали два фотона. Эти два фотона вылетали из ловушки, проходили через систему линз и зеркал по двум разным путям, а затем совмещались друг с другом в пространстве с помощью специального полупрозрачного зеркала — «расщепителя луча» (который в данном случае работал, наоборот, соединителем лучей). Благодаря этому волновые фронты двух фотонов накладывались один на другой и происходила интерференция, которую можно было легко наблюдать с помощью фотоумножителей.
Впрочем, интерференция получилась неидеальная: примерно в 20% всех случаев два фотона всё же проходили сквозь систему, не интерферируя, и регистрировались как «разные» частицы. Это связано с тем, что форма их волновых фронтов была не абсолютно одинакова, из-за чего фотоны всё же перекрывались в пространстве не полностью. В подтверждение этого объяснения авторы приводят результаты простого опыта: достаточно сдвинуть один фотон относительно другого вперед по ходу движения на несколько сотых долей миллиметра, и интерференция исчезает.
По мнению авторов, «выправление» волновых фронтов двух фотонов, а значит, достижение практически идеальной интерференции — задача несложная. Кроме того, описанная схема легко масштабируется: как только будет достигнута полная интерференция двух фотонов, можно будет без проблем воссоединять и большое число независимо испущенных фотонов. Всё это открывает простор для будущих конструкторов квантового компьютерного «железа».
См. также:
Qwiki и Quantiki — два Вики-проекта, посвященные квантовой информации.
-
То есть, если взять два лазера и смешать их лучи, то интерференции не будет?
Если рассматривать свет с чисто классической точки зрения, то есть, как просто волны какого-то нечто, то как можно объяснить отсутствие интерференции?
А вот, или радоволны. Если взять радиоволны достаточно большой длины волны, чтобы всё было классично, и взять два источника одной частоты, ведь будет же интерференция?
-
Вот с этого и начинается квантовая механика. :) Если хотите что-то почитать, начните с Фейнмановских лекций по физике, том про квантовую теорию, там как раз про это.
-
-
Лично я не могу себе представить вот что. Частота колебаний волновой функции фотона равна частоте колебаний электромагнитного поля. Явления интерференции одинаково описываются и приводят к одинаковым результатам как при рассмотрении света как классических волн (например, в эфире), так и при рассмотрении его с помощью КМ.
Создаётся соблазн воображать, что волновая функция -- и есть то, что мы наблюдаем, в частности, как электромагнитную волну.
Но это заведомо не так, хотя бы потому, что фаза волновой функции ненаблюдаема, а фаза электромагнитной волны -- наблюдаема.
Поэтому, нужно как-то представить себе в голове, что колебания значения волновой функции -- это одно, а колебания ЭМ волны -- другое.
Мне кажется, что свет (когерентный, монохроматический, плоскополяризованный) можно представить себе как поток фотонов, которые осциллируют между состояниями с правой и левой круговыми поляризациями. И вот этот переход между состояниями наблюдаем в виде колебаний волны.
-
Последние новости
