Еще один шаг на пути к квантовым компьютерам: интерференция 2-х разных фотонов

Французские физики добились интерференции между фотонами, испущенными совершенно независимыми атомами. Это важный шаг на пути к созданию квантовых компьютеров.

��вантовая ��нформатика - ��ело ��же ��едалекого г��ядущего. �� ��вантовых ��ычислительных ��истемах ��нформация ��удет ��одироваться ��е ��диницей ��ЛИ ��улем, �� ��вантовыми ��остояниями ��лементарных ��астиц, �� ��ычисления ��удут ��пираться ��а ��овершенно ��едостижимую ��ля ��бычного ��омпьютера ��тепень ��араллельности (��м. ��татьи �� ��урнале ��вантовые ��омпьютеры �� ��вантовые ��ычисления). ��посля ��ого ��ак �� ��оследние ��есятилетия XX ��ека ��ринципиальная ��озможность ��вантовых ��ычислений ��тала ��чевидной, �� �� 2001 г��ду ��ыл ��родемонстрирован 1-��й ��абочий ��рототип ��вантового ��омпьютера, ��сследователи ��осредоточились ��а ��птимизации ��роцесса ��вантовых ��ычислений.

�� ��дной ��з ��хем ��вантового ��омпьютера ��ля ��ередачи ��анных ��спользуются ��тдельные ��ванты ��вета - ��отоны. �� ��их ��ожно ��акодировать ��вантовые ��иты ��нформации, ��оторую ��а��о ��тдать ��т ��дного ��тома �� ��ругому, ��, ��омимо ��того, ��отонами ��етрудно ��правлять ��ез ��ничтожения ��х ��вантовых ��остояний. �� ��римеру, ��вантовые ��огические ��злы, ��налогичные " �� " �� " ��ЛИ ", ��удет ��озможно ��еализовать, ��спользуя ��нтерференцию ��отонов.

��о ��ут-��о �� ��а��инаются ��рудности. ��ело �� ��ом, ��то ��бычная ��нтерференция ��вета, ��оторую ��ожно ��а��людать �� ��овседневных ��влениях (��гра ��ветов ��а ��ыльных ��узырях ��ЛИ ��ленках ��оплива �� ��ужах), - ��езультат ��нтерференции ��аждого ��отона �� ��амим ��обой. ��нтерференцию ��е 2-�� ��отонов ��азного ��роисхождения ��ыстроить �� ��ронаблюдать ��есьма ��рудно.

�� ��ринципе, ��еоретических ��апретов ��ля ��того ��ет: ��а��о ��ишь, ��тобы ��ва ��отона ��ыли ��овершенно ��динаковыми. ��то ��одразумевает ��е ��олько ��динаковую ��лину ��олны �� ��динаковую ��оляризацию, ��о �� ��дентичное ��ространственное ��аспределение ��тих 2-�� ��вантов ��лектромагнитных ��олн. ��алейшая ��епохожесть ��олновых ��ронтов ��ревратит ��х �� ��ве �� ��ём-��о ��азличающиеся ��астицы, �� ��нтерференция ��слабнет ��ЛИ ��ообще ��счезнет.

��остичь ��нтерференции ��ежду 2-��я ��отонами �� ��ксперименте ��олучилось ��ишь ��есколько ��ет ��а��ад. �� 1-��м ��з ��кспериментов, �� ��римеру, ��ченые ��могли ��ак ��удто ��ы ��а��ожить ��руг ��а ��лизкого ��еловека ��ва ��отона, ��оследовательно ��спущенных ��дним �� ��ем ��е ��томом. ��прочем ��ля ��птических ��вантовых ��омпьютеров ��того ��едостаточно: ��едь ��ужно ��аставить ��нтерферировать ��отоны, ��спущенные ��азными ��сточниками.

��менно ��то ��умели ��делать ��ченые ��з ��нститута ��птики �� ��рсэ (��ранция). ��езультаты ��х ��пытов ��ыли ��зложены �� ��едавней ��татье J. Beugnon et al., Nature, 440, 779 (6 April 2006).

�� ��ксперименте ��ранцузов ��отоны ��злучались 2-��я ��томами ��убидия, ��ойманными �� ��ве ��птические ��овушки �� ��азделенными ��ольшим (��ля ��томного ��ира) ��асстоянием �� 6 ��икрон. ��ти ��ва ��тома ��блучались ��азерным ��учом, ��ереходили �� ��дни �� ��е ��амые ��озбужденные ��огатства �� ��отом, ��езависимо ��руг ��т ��лизкого ��еловека, ��злучали ��ва ��отона. ��ти ��ва ��отона ��ылетали ��з ��овушки, ��роходили ��ерез ��истему ��инз �� ��еркал ��о ��вум ��азным ��утям, �� ��отом ��овмещались ��руг �� ��ругом �� ��ространстве ��ри ��омощи ��пециального ��олупрозрачного ��еркала - " ��асщепителя ��уча " (��оторый �� ��анном ��лучае ��аботал, ��а��борот, ��оединителем ��учей). ��з-��а ��тому ��олновые ��ронты 2-�� ��отонов ��а��ладывались ��дин ��а ��ругой �� ��роисходила ��нтерференция, ��оторую ��ожно ��ыло ��етрудно ��а��людать ��ри ��омощи ��отоумножителей.

��днако, ��нтерференция ��олучилась ��еидеальная: ��риентировочно �� 20% ��сех ��лучаев ��ва ��отона ��сё ��е ��роходили ��квозь ��истему, ��е ��нтерферируя, �� ��егистрировались ��ак " ��азные " ��астицы. ��то ��ызвано ��ем, ��то ��орма ��х ��олновых ��ронтов ��ыла ��е ��бсолютно ��динакова, ��лагодаря ��его ��отоны ��сё ��е ��ерекрывались �� ��ространстве ��е ��олностью. �� ��одтверждение ��того ��бъяснения ��вторы ��риводят ��езультаты ��ростого ��пыта: ��остаточно ��двинуть ��дин ��отон �� ��тношении ��ного ��перед ��о ��оду ��вижения ��а ��есколько ��отых ��олей ��иллиметра, �� ��нтерференция ��счезает.

��о ��тзывам ��второв, " ��ыправление " ��олновых ��ронтов 2-�� ��отонов, �� ��то ��значает, ��остижение ��а ��рактике ��деальной ��нтерференции - ��адача ��есложная. ��омимо ��того, ��писанная ��хема ��етрудно ��асштабируется: ��ак ��олько ��удет ��остигнута ��олная ��нтерференция 2-�� ��отонов, ��удет ��озможно ��ез ��роблем ��оссоединять �� ��ольшое ��оличество ��езависимо ��спущенных ��отонов. ��сё ��то ��ткрывает ��ростор ��ля ��удущих ��онструкторов ��вантового ��омпьютерного " ��елеза " .