Sekumpulan saintis dari Universiti ITMO, dengan penyertaan rakan-rakan dari Institut Fizik dan Teknologi Moscow dan Universiti Turin, meramalkan jenis keadaan topologi kuantum baru dari dua foton dan mencadangkan kaedah yang berpatutan untuk mengesahkan ramalan yang dibuat secara eksperimen. Kaedah ini berdasarkan pembinaan analogi - bukannya eksperimen mahal untuk membuat sistem kuantum dengan dua atau lebih foton yang terjerat, para penyelidik menggunakan litar elektrik resonan, karya yang dijelaskan oleh persamaan serupa. Hasil yang diperoleh dapat mendekatkan penciptaan cip optik dan komputer kuantum tanpa eksperimen yang mahal.
Karya itu diterbitkan dalam jurnal Nature Communications. Cahaya menempati tempat terpenting dalam teknologi maklumat moden - dengan bantuan cahaya, maklumat dapat dihantar melalui kabel gentian optik dalam jarak yang jauh. Di masa depan, saintis meramalkan penciptaan cip optik dan komputer, di mana maklumat akan diproses menggunakan zarah cahaya, foton, dan bukan elektron, seperti sekarang. Ini akan mengurangkan penggunaan tenaga dan meningkatkan kelajuan pengkomputeran, tetapi ini memerlukan kajian asas dan praktikal aktif mengenai tingkah laku cahaya pada skala mikro dan nano.
Ahli fizik dari Universiti ITMO, dengan penyertaan rakan-rakan dari MIPT dan University of Turin, secara teori meramalkan pembentukan jenis keadaan kuantum baru dari foton, di mana dua foton membentuk pasangan berpasangan dan menetap di tepi rantaian kuantum mikrokaviti - qubit. Untuk menjalankan eksperimen yang sesuai, struktur nano khas, peranti untuk mewujudkan keadaan foton kuantum, dan juga peralatan untuk pendaftarannya diperlukan. Eksperimen semacam itu tersedia untuk sebilangan kecil kumpulan di seluruh dunia.
Sekiranya terlalu mahal untuk menjalankan eksperimen sepenuhnya, maka anda boleh mencuba model atau analogi yang membolehkan anda memeriksa kedudukan teori tertentu tanpa kos yang serius. Sekumpulan ahli fizik dari Universiti ITMO berjaya melakukan ini. Mereka menggunakan analogi dalam bentuk papan elektronik.
"Kami menghubungkan kuasa luaran ke titik yang berbeza di papan kami, dan menggunakan multimeter dan osiloskop untuk memantau tindak balas sistem," jelas Nikita Olekhno, seorang pelajar pascasiswazah di Universiti ITMO. - Hasilnya dijelaskan oleh persamaan klasik, yang di papan kami secara matematik bertepatan dengan sistem persamaan kuantum yang menerangkan keadaan dua-foton dalam sistem kuantum-optik. Persamaan yang sama harus mempunyai penyelesaian yang sama, tetapi tidak kira apa pemboleh ubah yang disebut fungsi gelombang foton atau potensi elektrik."
Sudah tentu, analogi saintis dari Universiti ITMO tidak dapat sepenuhnya menggantikan eksperimen dengan sistem kuantum. Namun, dengan struktur klasik yang mereka kembangkan, sejumlah eksperimen dapat dilakukan, yang secara signifikan akan mengurangkan keseluruhan kos mempelajari fenomena fotonik kuantum. Fakta bahawa saintis St. Petersburg adalah yang pertama menemui analog untuk mengkaji tingkah laku sistem dua foton yang digabungkan membuka prospek menarik untuk penerapan pengembangannya.
"Teori mengatasi kemungkinan eksperimen. Untuk berada di barisan depan teori, kami mempertimbangkan kesan halus yang hanya dapat dikesan dalam eksperimen kuantum dalam beberapa tahun,”jelas ketua projek, penyelidik kanan di Universiti ITMO Maxim Gorlach.
- Kami sedang melakukan beberapa kajian ke arah ini, dengan mempertimbangkan keadaan tepi topologi sistem kuantum yang lebih eksotik dan mengembangkan kaedah untuk pemodelan analog mereka. Menjalankan eksperimen seperti ini akan menjadi penting bagi fizik asas dan perkembangan masa depan yang diaplikasikan."