Gotcha! Photonen gesehen ohne zerstört zu werden in einem ersten

Wenn Sie ein Paket des Lichts genannt ein Photon sehen möchten, müssen Sie es zu zerstören. Jedes Gerät, das die Anwesenheit von Licht aufgreift hat, seine Energie zu absorbieren und damit auch die Photonen. Zumindest war das, was Wissenschaftler bisher dachte.

Am das Max Planck Institut für Quantenoptik in Deutschland, Forscher einen Weg gefunden, einzelne, sichtbares Licht Photonen ohne "berühren" und verlieren die Photonen selbst zu erkennen.

Die Arbeit, in der 14 November-Ausgabe der Zeitschrift Science Express, detaillierte hat wichtige Implikationen für Quanten-computing-Geräte und Kommunikation. In einem normalen Computer das Vorhandensein von Elektronen – aktuelle – kodiert die Bits in Logikschaltungen. In der Lage, Photonen um zu halten, während immer noch erkennen sie Photonen bedeutet könnte in ähnlicher Weise verwendet werden. [Verrückte Physik: die coolsten kleine Partikel in der Natur]

"Wir könnten bauen Tore zwischen Photonen und Atome," Stephan Ritter, Physiker und Co-Autor der Studie, sagte LiveScience. In jedem Computer sind Tore die Bausteine von logischen Schaltungen, die Funktionen wie AND, OR und nicht in einem Computer Gehirn steuern.

Andere haben Photonen erkannt, ohne zu zerstören, das bemerkenswerteste sein Serge Haroche am Collège de France in Paris, die einen im Jahr 2012 für die Verwirklichung Nobelpreis. Allerdings entdeckt er Photonen bestehend aus Mikrowelle Wellenlängen des Lichts. Die Max-Planck-Team erkannt sichtbares Licht Photonen, die Quantenkommunikation mehr nützen.

Photonen zu sehen

Um zu sehen, die Photonen, Ritter und seine Kollegen, Andreas Reiserer und Gerhard Rempe, eingeschlossen ein einzelnes Atom von Rubidium in einem Hohlraum, nur eine Hälfte-Millimeter breit, mit Spiegel an den Seiten. Das Atom war in zwei Staaten. In einem, ist es mit dem Hohlraum in Resonanz oder "gekoppelt" – kann man sie als schwingende rechtzeitig miteinander denken. In dem anderen Staat nicht wahr – das Atom ist "out of Tune" mit den Hohlraum und die eingehenden Photonen. Atomen und Elementarteilchen unterliegen nach den Regeln der Quantenmechanik, die das Rubidium-Atom in beiden Staaten gleichzeitig sein darf.

Dann feuerte sie Laserpulse, die im Durchschnitt weniger als ein einzelnes Photon in ihnen hatte. Wenn das Photon den Hohlraum erreicht, würde es entweder weiter innen und Get reflektiert geradem Rücken oder es würde einfach abprallen der Kavität, nie betreten – was passiert, wenn das Atom an den Hohlraum gekoppelt war. Der Schlüssel ist, dass es ein Unterschied in den Zustand des Atoms nach jedes Ergebnis. Sie bestätigt, dass das Photon aus dem Hohlraum ein zweites Mal mit einem normalen Detektor reflektiert hatte.

Das Photon nicht direkt mit dem Atom interagieren, aber sie verändern die Atom-Phase – das Timing seiner Resonanz mit dem Hohlraum. Die Wissenschaftler könnte den Unterschied zwischen den Überlagerungszustand nutzen – wenn das Atom ist in zwei Staaten gleichzeitig – und das Atom gemessene Phase zu berechnen, unabhängig davon, ob das Photon den Hohlraum eingegeben. Auf diese Weise sahen"" das Photon ohne Sie zu zerstören, ohne es zu berühren.

Photon qubits

Das Photon nicht "berühren" bedeutet auch, dass bestimmte Quanteneigenschaften nie eingehalten werden, bewahren. Eine unbeobachtete Photon kann in einem Überlagerungszustand der "" — eine von ihrer Quanteneigenschaften, genannt Freiheitsgrade, kann mehrere Werte gleichzeitig haben. Beobachtung der Photon erzwingt eine oder das andere sein. Zum Beispiel, wenn ein Photon entweder horizontal oder vertikal polarisiert ist, ist es unmöglich zu wissen, was man bis das Photon beobachtet wird. In der Quantenmechanik, die bedeutet das Photon kann in beiden Staaten sein, bis es gemessen wird und auf einen bestimmten Wert nimmt. [Funktionsweise Quantenverschränkung (Infografik)]

Diese Fähigkeit ist wichtig für Quantum computing-Geräten. Quantencomputer sind leistungsstark, weil die Bits in ihnen, genannt Qubits, 1 und 0 zur gleichen Zeit sein können, während ein gewöhnlicher Computer die Bits nacheinander auf 1 oder 0 gesetzt haben muss. Im Wesentlichen kann ein Quantencomputer in vielen Staaten gleichzeitig sein um Berechnungen wie factoring Primzahlen zu beschleunigen.

Wenn ein Photon das Qubit Codierung ist, würde das Photon direkt beobachten seine Überlagerungszustand und damit seine Fähigkeit, als ein Qubit funktionieren verderben. Aber vielleicht braucht man zu erkennen, dass das Photon eine bestimmte Stelle im Netzwerk erreicht. "Lassen Sie uns sagen, Sie das Qubit in die Polarisation codieren", sagte Ritter. "Der Nachweis eines Photons sagt Sie nichts über seine Polarisation."

Durch die Messung des Photons Staat indirekt, aber es ist möglich das Photon ohne Zerstörung der Quantenzustand (oder das Photon), und stellen Sie mit verschiedenen Quantenzustände — wie Polarisation – zum Speichern von Qubits.

In Zukunft Ritter sagt seine Gruppe plant, auf die Steigerung der Effizienz des Fundes zu arbeiten – so weit sie können erkennen, etwa 74 Prozent der Photonen freigesetzt. Aneinanderreihen mehrerer Detektoren würde zu verbessern – und man würde am Ende mit einem Detektor, die einzelne Photonen besser als die derzeit verfügbaren abholen konnte.

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