Een Japans onderzoeksteam heeft belangrijke eigenschappen van niet-Fokker-toestanden (iNFS) in kwantumtechnologieën ontdekt en hun stabiliteit onthuld door middel van multilineaire optica, wat de weg vrijmaakt voor vooruitgang in optische kwantumcomputers en -detectie. Kwantumobjecten, zoals elektronen en fotonen, gedragen zich anders dan andere objecten, waardoor kwantumtechnologie mogelijk wordt. Dit is de sleutel tot het ontsluiten van het mysterie van kwantumverstrengeling, waarin meerdere fotonen in meerdere modi of frequenties bestaan.
Bij het nastreven van fotonische kwantumtechnologie heeft eerder onderzoek het nut van Fokker-toestanden (fotongetaltoestanden) bevestigd. Deze multi-foton, multimodale toestanden worden bereikt door het slim combineren van meerdere single-foton-inputs via zogenaamde lineaire optica-technieken. Sommige belangrijke en waardevolle kwantumtoestanden vereisen echter meer dan deze foton-voor-foton-benadering.
Nu heeft een onderzoeksteam van de Universiteit van Kyoto en de Universiteit van Hiroshima theoretisch en experimenteel het unieke voordeel van niet-Fokker-toestanden, of iNFS, bevestigd dat complexe kwantumtoestanden meer dan één enkele fotonenbron en lineaire optische elementen vereisen.
"We hebben met succes het bestaan van iNFS bevestigd met behulp van optische kwantumcircuits met meerdere fotonen." Co-auteur Geobae Park voegde hieraan toe: "Ons onderzoek zal doorbraken opleveren in toepassingen zoals optische kwantumcomputers en optische kwantumdetectie."
Fotonen zijn een veelbelovende drager omdat ze over lange afstanden kunnen worden getransporteerd terwijl ze hun kwantumtoestand bij constante kamertemperatuur behouden. Het benutten van veel fotonen in meerdere modi zal optische kwantumversleuteling over lange afstanden, optische kwantumdetectie en optische kwantumcomputers mogelijk maken.
Co-auteur Ryo Okamoto legde uit: "We hebben nauwgezet een complexe iNFS gegenereerd met behulp van Fourier-getransformeerde foton-kwantumcircuits om twee fotonen in drie verschillende paden weer te geven, wat de grootste uitdaging is bij het realiseren van het fenomeen van voorwaardelijke coherentie."
Vergelijking met kwantumverstrengeling
Bovendien vergeleek de studie een ander fenomeen met de veelgebruikte kwantumverstrengeling, die verschijnt en verdwijnt door simpelweg door een lineair optisch element te gaan. Kwantumverstrengeling verwijst naar kwantumtoestanden met twee of meer verwante toestanden in een superpositie tussen twee onafhankelijke systemen.
Holger F. Hofmann van de Universiteit van Hiroshima merkte op: "Verrassend genoeg laat deze studie zien dat de eigenschappen van iNFS niet veranderen wanneer ze door een netwerk van vele lineaire optische elementen gaan, wat een sprong voorwaarts betekent in de lichtkwantumtechnologie."
Het team van Takeuchi is van mening dat iNFS voorwaardelijke coherentie vertoont, een enigszins mysterieus fenomeen waarbij zelfs de detectie van één foton betekent dat de resterende fotonen aanwezig zijn in een superpositie van meerdere paden.
Takeuchi Shigeki kondigde aan: "Ons volgende fasedoel is het realiseren van grootschalige multi-foton, multimodale en optische kwantumcircuitchips. Dit onderzoek markeert een potentiële sprong in het begrijpen en exploiteren van kwantumfenomenen."
Samengesteld uit /ScitechDaily