Bagaimana Sihir Multiphoton Merevolusi Teknologi Kuantum

Sebuah tim peneliti Jepang telah menemukan sifat penting dari keadaan non-Fock (iNFS) dalam teknologi kuantum, mengungkapkan stabilitasnya melalui beberapa optik linier dan membuka jalan bagi kemajuan dalam bidang optik. komputasi kuantum dan penginderaan.

Objek kuantum, seperti elektron dan foton, berperilaku berbeda dari objek lain sehingga memungkinkan adanya teknologi kuantum. Di sinilah letak kunci untuk mengungkap misteri keterikatan kuantum, di mana banyak foton berada dalam mode atau frekuensi berbeda.

Dalam mengejar teknologi fotonik kuantum, penelitian sebelumnya telah membuktikan kegunaan keadaan Fock. Ini adalah keadaan multifoton dan multimode yang dimungkinkan dengan menggabungkan sejumlah satu-foton inputnya menggunakan apa yang disebut optik linier. Namun, beberapa keadaan kuantum yang penting dan berharga memerlukan lebih dari sekadar pendekatan foton demi foton.

Terobosan dalam Penelitian Negara Non-Fock

Saat ini, tim peneliti dari Universitas Kyoto dan Universitas Hiroshima telah secara teoritis dan eksperimental mengkonfirmasi keunggulan unik dari keadaan non-Fock – atau iNFS – keadaan kuantum kompleks yang memerlukan lebih dari satu sumber foton dan elemen optik linier.

“Kami berhasil mengkonfirmasi keberadaan iNFS menggunakan sirkuit kuantum optik dengan banyak foton,” kata penulis koresponden Shigeki Takeuchi di Graduate School of Engineering.

Implikasi terhadap Teknologi Kuantum Optik

“Studi kami akan mengarah pada terobosan dalam aplikasi seperti komputer kuantum optik dan penginderaan kuantum optik,” tambah rekan penulis Geobae Park.

Foton merupakan pembawa yang menjanjikan karena dapat ditransmisikan dalam jarak jauh sambil mempertahankan keadaan kuantumnya pada suhu ruangan yang konstan. Memanfaatkan banyak foton dalam berbagai mode akan mewujudkan kriptografi kuantum optik jarak jauh, penginderaan kuantum optik, dan komputasi kuantum optik.

Tantangan dalam Memproduksi iNFS yang Kompleks

“Kami dengan susah payah menghasilkan tipe iNFS yang kompleks dengan menggunakan milik kami sendiri Transformasi Fourier rangkaian kuantum fotonik untuk mewujudkan dua foton dalam tiga jalur berbeda, yang merupakan fenomena koherensi bersyarat yang paling menantang untuk dicapai,” jelas rekan penulis Ryo Okamoto.

Perbandingan Dengan Keterikatan Kuantum

Selain itu, penelitian ini membandingkan fenomena lain yang diterapkan secara luas keterikatan kuantum, yang muncul dan menghilang hanya dengan melintasi satu elemen optik linier. Keterikatan kuantum adalah keadaan kuantum dengan dua atau lebih keadaan berkorelasi dalam superposisi antara dua sistem terpisah.

“Yang mengejutkan, penelitian ini menunjukkan bahwa sifat iNFS tidak berubah ketika melewati jaringan banyak elemen optik linier, sehingga menandai lompatan dalam teknologi optik kuantum,” kata rekan penulis Holger F Hofmann di Universitas Hiroshima.

Tim Takeuchi menganggap iNFS pamer koherensi bersyaratsebuah fenomena yang agak misterius, di mana terdeteksinya satu foton saja menunjukkan adanya sisa foton dalam superposisi beberapa jalur.

Arah masa depan

“Fase kami berikutnya adalah mewujudkan multifoton, status multimode, dan chip sirkuit kuantum optik berskala lebih besar,” Takeuchi mengumumkan.

Penelitian ini menandai potensi lompatan maju dalam memahami dan mengeksploitasi fenomena kuantum.

Referensi: “Realisasi korelasi foton di luar batas optik linier” oleh Geobae Park, Issei Matsumoto, Takayuki Kiyohara, Holger F. Hofmann, Ryo Okamoto dan Shigeki Takeuchi, 22 Desember 2023, Kemajuan dalam Sains.
DOI: 10.1126/sciadv.adj8146