Kwantowy skok w ultraprecyzyjnych pomiarach i kodowaniu informacji? Wykorzystując ultraszybkie urządzenia optyczne, partnerzy finansowanego ze środków UE projektu uzyskują jeszcze większą kontrolę na przestrzenno-czasowymi stanami kwantowymi światła, przyczyniając się w ten sposób do rozwoju informatyki kwantowej. Gospodarka cyfrowa Społeczeństwo Badania podstawowe © Natali art collections, Shutterstock Informatyka kwantowa (QIS) daje spore nadzieje na udoskonalenie metrologii oraz rożnych systemów technologii informacyjno-komunikacyjnych (ICT). Niemniej poziom kontroli nad stanami kwantowymi potrzebny do tego, by takie podejście górowało nad technologiami konwencjonalnymi sprawia, że wykorzystanie potencjału technologii staje się szczególnie trudne. Tak zwane „stany ściśnięte w stale zmiennych układach” uznano za jedno z podejść, które może z powodzeniem poprawić kontrolę nad stanami kwantowymi, po części dzięki temu, że układy te uważa się za skalowalne. W ramach finansowanego ze środków UE projektu QCUMBER (Quantum Controlled Ultrafast Multimode Entanglement and Measurement) badano wykorzystanie stanów ściśniętych, czy też multifotonowych, w różnych modach w oparciu o zintegrowane urządzenia optyczne. W artykule opublikowanym niedawno w czasopiśmie »Philosophical Transactions of the Royal Society A«, naukowcy rozważają obecne limity ściskania w falowodzie oraz limity strat w procesie konwersji. Plątanie stanów ściśniętych Autorzy podkreślają, że w ostatnich dekadach poczyniono znaczne postępy w niskostratnych falowodach, bardzo wydajnych wykrywaczach liczby fotonów i procesach nielinearnych. Dodatkowo, dzięki udanemu optycznemu procesowi nielinearnemu zwanemu „modyfikowaną konwersją sumy częstości” osiągalne jest obecnie działanie w dowolnych czasowych modach szerokiego pasma. To otwiera widmowy stopień swobody dla kodowania informacji, często w czasowych modach pojedynczego fotonu. W ramach projektu QCUMBER badano możliwość połączenia, w jednym układzie falowodowym, ściskania z modowo-selektywną przemianą częstotliwości. Poprzez stworzenie analogii między bramkami kwantowymi (QPG, podstawowymi obwodami kwantowymi) a sieciami przestrzennymi, zespół umożliwił wizualizację procesu plątania stanów ściśniętych albo budowania złożonych wielomodowych stale zmiennych stanów. Przyglądając się ściskaniu osiągalnemu w jednoprzebiegowym, jednomodowym falowodzie KTP, zespół stwierdził, że możliwe jest osiągnięcie ściskania do 20 decybeli, ale złożoność zachowań procesu skutkuje znaczną degradacją, która ogranicza wydajność konwersji poniżej 90%. Niemniej naukowcy nadal podkreślają, że jest ona wciąż obiecująca w kontekście przyszłości technologii. Argumentują, że w zastosowaniach, w których wystarcza niska wydajność konwersji, nie stanowi to problemu i dopasowanie faz można osiągnąć z użyciem prostego modelu bez konieczności zwiększania mocy. W kontekście widma zespół także osiągnął splątanie w grzebieniowej strukturze fali ciągłej do 60 czasowych modów i około 10 modów w pulsującym ultraszybkim układzie. Jak donoszą naukowcy, kiedy ściskanie jest w stanie osiągnąć pewne progi, możliwe staje się korygowanie błędów w informatyce kwantowej, co otwiera nowe drogi w nauce. Wykorzystywanie ekstremalnych skali czasowych i szerokich widm Ultraszybkie impulsy światła stwarzają możliwości lepszego poznania leżącej u podłoża układu dynamiki w skalach czasowych o bardzo krótkim czasie trwania. Opanowanie kwantowych atrybutów światła posunęło naprzód wiedzę w zakresie fizyki podstawowej, jaką można zdobyć w drodze eksperymentów, i stanowi klucz do postępów w kierunku komunikacji kwantowej i metrologii kwantowej. Wykorzystanie szerokich struktur grzebieni częstotliwości tworzonych przez serie ultraszybkich impulsów światła rzeczywiście otwiera drzwi do wysokoprecyzyjnej metrologii. Celem projektu QCUMBER było dalsze poznanie możliwości, jakie mogą się kryć w relacji między kwantowymi właściwościami światła w ekstremalnych skalach czasowych i w ekstremalnie szerokich widmach. Zbadanie struktury ultraszybkich impulsów kwantowych umożliwi jeszcze bardziej precyzyjne pomiary częstotliwości czasowych oraz wprowadzenie innowacji na potrzeby skalowalnego kwantowego przetwarzania informacji. Więcej informacji: witryna projektu Kraje Zjednoczone Królestwo
