Научный прогресс на пути к будущему квантовых вычислений до сих пор включал множество различных прорывов во множестве разных (но связанных) областей, и теперь есть новый, о котором нужно сообщить: открытие решающего квантового ограничения скорости.

Это последнее исследование отвечает на фундаментальный вопрос — насколько быстрым может быть квантовый процесс? Это полезная информация, которую нужно знать, если вы хотите построить квантовый компьютер или квантовую сеть, поскольку она сообщает вам о некоторых ограничениях, присущих системе.

Читай также: Физики впервые увидели слияние отдельных атомов

К счастью для тех из нас, кто не занимается квантовой физикой, команда, стоящая за новым исследованием, предоставила более простую для понимания аналогию, в которой опытный официант носится с подносом напитков. Как быстро официант может раздать все напитки, не пролив ни капли жидкости?

Оказывается, ответ состоит в том, чтобы осторожно увеличивать и уменьшать скорость в определенных точках, опрокидывая стаканы с жидкостью, когда это необходимо, чтобы избежать разлива — только здесь ученые использовали охлажденные атомы цезия вместо шампанского и оптическую ловушку, созданную два лазерных луча в качестве "подноса для напитков".

Такая ловушка, известная как оптическая решетка, образуется, когда два лазерных луча направляются точно друг на друга (физики называют это встречным распространением), что приводит к четко выраженной интерференции, которая имеет форму группы пиков и впадин.

Для транспортировки атомы помещались в эти долины, и двумерная решетка приводилась в движение, напоминая конвейерную ленту. Целью исследования было определение того, насколько быстро эта установка может перемещаться без нарушения работы атомов.

Читай также: Ученые продемонстрировали надежную квантовую телепортацию

"Мы загрузили атом в одну из этих долин, а затем привели в движение стоячую волну — это сместило положение самой долины", — говорит физик Андреа Альберти из Боннского университета в Германии.

"Наша цель состояла в том, чтобы доставить атом в нужное место в кратчайшие сроки, не выплескивая его из долины, так сказать".

Установка полностью устраняет физические ограничения получения квантовой информации из одного места в другое. Максимально быстрое перемещение помогает защититься от внешнего вмешательства, но если двигаться слишком быстро, ключевые биты данных могут быть потеряны (другими словами, вы получите шампанское на полу).

Ученые обнаружили, что тщательно откалиброванные ускорения и замедления были необходимы для достижения оптимального общего ограничения скорости для передачи квантовых данных, а не для постоянного поддержания постоянной скорости.

Это первый случай, когда более сложные передачи — когда системы должны пройти через несколько квантовых состояний в пути — были измерены таким образом. Квантовые ограничения скорости для более простых состояний уже установлены .

Граничный предел Мандельштама-Тамма для более простых состояний, названный в честь открывших его физиков, здесь не применяется. Однако то, что он сделал, дал исследователям отправную точку: идея о том, что энергетическая неопределенность (как «свободные» частицы должны перемещаться между энергетическими состояниями) имеет решающее значение для максимальной скорости передачи.

Читай также: Американские физики предложили схему квантового радара

Для более сложных сценариев на больших расстояниях неопределенность энергии играет определенную роль наряду с количеством промежуточных состояний, через которые частицы должны пройти, чтобы успешно достичь пункта назначения без помех. В конечном итоге более сложные квантовые системы имеют более низкий предел скорости.

Теперь, когда мы знаем максимальную скорость, с которой атомы могут перемещаться из одного места в другое без потери своего исходного состояния — 17 миллиметров в секунду на расстоянии 0,5 микрометра в этом исследовании — мы знаем, с какой скоростью мы могли бы осуществлять аналогичные передачи. внутри квантовых компьютерных систем.

Одна из основных проблем квантовых состояний — их хрупкость или короткое время когерентности — как долго они могут оставаться стабильными. Это новое исследование приближает нас к пониманию того, как мы можем максимально использовать это время.

"Наше исследование показывает максимальное количество операций, которые мы можем выполнить за время согласования", — говорит Альберти. "Это позволяет оптимально использовать его".

Напомним, ранее сообщалось, что физики создали первую защищенную квантовую сеть.

Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.

magne1906