หากคุณต้องการเห็นแพ็คเก็ตแสงที่เรียกว่าโฟตอนคุณต้องทำลายมัน อุปกรณ์ใด ๆ ที่หยิบขึ้นมาเมื่อมีแสงจะต้องดูดซับพลังงานและโฟตอน อย่างน้อยนั่นคือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์คิดจนถึงตอนนี้
ที่ Max Planck Institute of Quantum Optics ในประเทศเยอรมนีนักวิจัยพบวิธีในการตรวจจับโฟตอนเดี่ยวแสงที่มองเห็นได้โดยไม่ต้อง "สัมผัส" พวกเขาและสูญเสียโฟตอนเอง
งานที่มีรายละเอียดในวารสาร Science Express ฉบับวันที่ 14 พฤศจิกายนมีความหมายสำคัญสำหรับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ควอนตัมและการสื่อสาร ในคอมพิวเตอร์ธรรมดาการปรากฏตัวของอิเล็กตรอน - ปัจจุบัน - เข้ารหัสบิตในวงจรลอจิก ความสามารถในการเก็บโฟตอนไว้รอบ ๆ ในขณะที่ยังตรวจจับได้หมายความว่าโฟตอนสามารถใช้ในลักษณะเดียวกัน -Wacky Physics: อนุภาคเล็ก ๆ ที่เจ๋งที่สุดในธรรมชาติ-
“ เราสามารถสร้างประตูระหว่างโฟตอนและอะตอม, "Stephan Ritter, นักฟิสิกส์และผู้เขียนร่วมของการศึกษาบอกกับ Livescience ในประตูคอมพิวเตอร์ใด ๆ เป็นหน่วยการสร้างของวงจรลอจิกซึ่งควบคุมฟังก์ชั่นเช่นและหรือและไม่ได้อยู่ในสมองของคอมพิวเตอร์
คนอื่น ๆ ตรวจพบโฟตอนโดยไม่ทำลายพวกเขาสิ่งที่โดดเด่นที่สุดคือ Serge Haroche ที่Collège de France ในปารีสผู้ชนะกรางวัลโนเบลในปี 2012 เพื่อความสำเร็จ อย่างไรก็ตามเขาตรวจพบโฟตอนซึ่งประกอบด้วยความยาวคลื่นของแสงไมโครเวฟ ทีม Max Planck ตรวจพบโฟตอนที่มองเห็นได้ซึ่งมีประโยชน์มากกว่าสำหรับการสื่อสารควอนตัม
เห็นโฟตอน
หากต้องการดูโฟตอน Ritter และเพื่อนร่วมงานของเขา Andreas Reiserer และ Gerhard Rempe ติดกับดักอะตอมของ rubidium เดี่ยวในโพรงเพียงครึ่งมิลลิเมตรข้ามด้วยกระจกด้านข้าง อะตอมอยู่ในสองรัฐ หนึ่งในนั้นอยู่ในการกำทอนหรือ "คู่" กับโพรง - หนึ่งสามารถคิดว่าพวกเขาเป็นสั่นในเวลาซึ่งกันและกัน ในสถานะอื่น ๆ มันไม่ได้ - อะตอมคือ "ออกจากการปรับแต่ง" กับทั้งโพรงและโฟตอนที่เข้ามา อะตอมและอนุภาค subatomic ถูกควบคุมโดยกฎของกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งอนุญาตให้อะตอมรูบิเดียมอยู่ในทั้งสองรัฐในครั้งเดียว
จากนั้นพวกเขาก็ยิงเลเซอร์พัลส์ซึ่งโดยเฉลี่ยแล้วมีโฟตอนเดียวน้อยกว่าหนึ่งโฟตอน เมื่อโฟตอนมาถึงโพรงมันจะดำเนินต่อไปข้างในและสะท้อนกลับตรงไปข้างหลังหรือมันจะเด้งออกจากโพรงไม่เคยเข้ามา - ซึ่งเกิดขึ้นถ้าอะตอมถูกรวมเข้ากับโพรง กุญแจสำคัญคือมีความแตกต่างในสถานะของอะตอมหลังจากผลลัพธ์แต่ละครั้ง พวกเขายืนยันว่าโฟตอนสะท้อนจากโพรงเป็นครั้งที่สองด้วยเครื่องตรวจจับทั่วไป
โฟตอนไม่ได้โต้ตอบกับอะตอมโดยตรง แต่มันเปลี่ยนเฟสของอะตอม - ช่วงเวลาของการกำทอนกับโพรง นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้ความแตกต่างระหว่างสถานะการซ้อนทับ - เมื่ออะตอมอยู่ในสองสถานะในครั้งเดียว - และเฟสที่วัดได้ของอะตอมเพื่อคำนวณว่าโฟตอนเข้าสู่โพรงหรือไม่ ด้วยวิธีนี้พวกเขา "เห็น" โฟตอนโดยไม่ทำลายมันโดยไม่ต้องแตะต้องมัน
โฟตอน qubits
ไม่ "สัมผัส" โฟตอนยังหมายความว่าไม่มีการสังเกตคุณสมบัติควอนตัมบางอย่าง โฟตอนที่ไม่ได้สังเกตสามารถอยู่ในสถานะ "การซ้อนทับ" - คุณสมบัติควอนตัมใด ๆ ที่เรียกว่าองศาอิสระสามารถมีค่าได้มากกว่าหนึ่งค่าพร้อมกัน การสังเกตโฟตอนบังคับให้มันเป็นหนึ่งหรืออื่น ๆ ตัวอย่างเช่นหากโฟตอนถูกขั้วทั้งแนวนอนหรือแนวตั้งเป็นไปไม่ได้ที่จะรู้ว่าอันไหนจนกว่าโฟตอนจะถูกสังเกต ในกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งหมายความว่าโฟตอนสามารถอยู่ในทั้งสองรัฐจนกว่าจะมีการวัดและใช้ค่าที่แน่นอน -การพัวพันควอนตัมทำงานอย่างไร (อินโฟกราฟิก)-
ความสามารถนี้สำคัญสำหรับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ควอนตัมคอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพเนื่องจากบิตในนั้นเรียกว่า qubits สามารถเป็นทั้ง 1 และ 0 ในเวลาเดียวกันในขณะที่คอมพิวเตอร์ธรรมดาจะต้องตั้งบิตไว้ที่ 1 หรือ 0 ตามลำดับ โดยพื้นฐานแล้วคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถอยู่ในหลายรัฐพร้อมกันเร่งความเร็วในการคำนวณเช่นแฟคตอริ่งจำนวนนายก
หากโฟตอนกำลังเข้ารหัส qubit การสังเกตว่าโฟตอนโดยตรงจะทำลายสถานะการซ้อนทับและดังนั้นความสามารถในการทำหน้าที่เป็น qubit แต่อาจจำเป็นต้องตรวจพบว่าโฟตอนมาถึงสถานที่หนึ่งในเครือข่าย “ สมมติว่าคุณเข้ารหัส Qubit เข้าสู่โพลาไรเซชัน” Ritter กล่าว "การตรวจจับการปรากฏตัวของโฟตอนไม่ได้บอกอะไรเกี่ยวกับโพลาไรเซชันของมัน"
อย่างไรก็ตามโดยการวัดสถานะของโฟตอนทางอ้อมเป็นไปได้ที่จะเห็นโฟตอนโดยไม่ทำลายสถานะควอนตัม (หรือโฟตอน) และใช้สถานะควอนตัมที่แตกต่างกันเช่นโพลาไรเซชัน - เพื่อเก็บ qubits
ต่อไป Ritter กล่าวว่ากลุ่มของเขาวางแผนที่จะทำงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการตรวจจับ - จนถึงตอนนี้พวกเขาสามารถตรวจจับโฟตอนประมาณ 74 เปอร์เซ็นต์ที่ปล่อยออกมา การรวมเครื่องตรวจจับหลายตัวเข้าด้วยกันจะดีขึ้น - และหนึ่งจะจบลงด้วยเครื่องตรวจจับที่สามารถรับโฟตอนเดี่ยวได้ดีกว่าที่มีอยู่ในปัจจุบัน
ติดตามเรา@livescience-Facebook-Google+- บทความต้นฉบับเกี่ยวกับLiveScience-
