Photon Sifter öffnet die Tür für rein optische Quantencomputer

Ein Forschungsteam der Universität Basel hat diese Woche eine neue Methode zur Trennung einzelner Photonen von Clustern vorgestellt. Die neue Methode ermöglicht es Forschern, Wechselwirkungen auf molekularer Ebene besser zu kontrollieren. Viele Forscher sehen die Trennung einzelner von mehrphotonigen Strukturen als entscheidenden Schritt, um diese Technologie für Supercomputer und vieles mehr zu nutzen. Hier erfahren Sie alles Wissenswerte.

Siebstudie

Die Ingenieure wollten zeigen, wie ein Sifter-Gerät diese Aufgabe zuverlässig und effektiv erfüllen kann. Das System integriert einen Quantenemitter, der die Erzeugung eines eindimensionalen Atoms, eines sogenannten Quantenpunkts, ermöglicht. Interessanterweise Studie untersucht, wie ein Siebmechanismus Photonen kanalisiert, um sie danach zu trennen, ob sie allein oder mit anderen Photonen verbunden sind. Um diese Aufgabe zu erfüllen, nahm das Team einige Änderungen am Jaynes-Cummings-Modell vor.

Variationen zum Jaynes-Cummings-Modell

Das Jaynes-Cummings-Modell prägt die Quantenoptik seit über sechzig Jahren. Edwin Jaynes und Frank Cummings stellten es 1963 erstmals der Welt vor, und seitdem ist es für die Branche unverzichtbar. Insbesondere optimierte dieses Modell das Verständnis der Forscher für die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie, einschließlich der Wechselwirkung eines zweistufigen Atoms mit einem quantisierten elektromagnetischen Feld. Diese Faktoren machten das Jaynes-Cummings-Modell ideal für die Entwicklung neuer Formeln.

Das Jaynes-Cumming-Modell wies einige Nachteile auf, die die Forscher für die Studie überwinden mussten. Das Team stellte fest, dass es mit dem Modell schwierig war, die maximale Kopplungseffizienz (𝛽-Faktor) und das niedrige Dephasierungsmoment genau zu bestimmen. Daher erstellten sie eine Variante, die Quantenpunkte nutzte, um zusätzliche Fähigkeiten zu erreichen.

Test der Sifter-Theorie

Der erste Schritt beim Testen der Siebtheorie bestand darin, einen Halbleiterquantenpunkt zu erzeugen. Dieses einschichtige Photon stellte ein eindimensionales Atom dar, das dann in eine Mikrokavität platziert wurde. Diese Mikrokavität hatte reflektierende Innenwände und wurde offen gelassen, damit sie abgestimmt werden konnte, sodass die Ingenieure 𝛽 und andere Faktoren anpassen konnten.

Laser

Ein schwacher Laser wurde in Verbindung mit einer 20 nm breiten Insel aus Halbleitern verwendet, um die reflektierenden Wände der Mikrokavität anzuvisieren. Für die Studie wurde der Laser auf die teilweise transparenten Wände der Kavität fokussiert, bevor er über eine Zweispiegeltrennung aktiviert wurde. Das gebrochene Licht wurde dann auf einen Strahlteileraufbau mit Halbwellenplatten gerichtet, die speziell angewinkelt waren, um Photonen zu trennen. Darüber hinaus wurde der Strahlteiler so konstruiert, dass er polarisationsempfindlich war, was ihm ebenfalls zu einer effektiveren Siebung verhalf.

Bemerkenswerterweise leitete der Splitter einzelne Photonen automatisch in einen anderen Port als Mehrphotonencluster. Zusätzlich maß das System, wie viele Photonen mit dem Quantenpunkt interagierten, um den wahren Zustand der Energie zu bestimmen. Quantenpunkte sind für diese Aufgabe ideal, da sie Photonen absorbieren und basierend auf den verschiedenen Wechselwirkungen Licht emittieren.

Ergebnisse

Die Forscher stellten fest, dass das Sieb einzelne Photonen präzise von Clustern trennte. Die Studie zeigte auch, dass die Ingenieure mit einem schwachen Laser eine Auslöschung von 99.2 % bei der Transmission erreichen konnten. Darüber hinaus enthüllten die neuen Daten einige interessante Ergebnisse, darunter Korrelationsfunktionen zweiter Ordnung.

Beeindruckenderweise ermöglicht das Sieb die Trennung und genaue Messung der Photonenmenge, die durch den Mechanismus geht. Diese Fähigkeit wird in Zukunft neue Möglichkeiten eröffnen, denn die Fähigkeit, Photonenbündelung zu bestätigen, Photonen je nach Zustand zu trennen und Photonenanregungsniveaus besser zu überwachen, sind allesamt entscheidende Schritte, um diese Technologie eines Tages für die Stromversorgung von Computern der nächsten Generation und mehr einzusetzen.

Möglicher Anwendungsfall

Die potenziellen Anwendungsfälle für diese Technologie sind vielfältig. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung neuer photonischer Logikgatter. Quantenlogik spielt in den heutigen superschnellen Quantencomputern eine entscheidende Rolle. Bisher war es jedoch schwierig, vollständig optische photonische Logikgatter für Quantencomputer zu entwickeln, da die wissenschaftlichen Erkenntnisse nicht zuverlässig genug waren. Diese neueste Studie eröffnet endlich die Möglichkeit, diese Systeme weiterzuentwickeln.

Vorteile des Photon Sifter

Die Photonensieb-Studie bringt mehrere Vorteile mit sich. Zum einen wird diese Technologie Forschern helfen, Licht und seine Wechselwirkung mit der Welt auf Einzelphotonenbasis besser zu verstehen. Eine so gründliche Überwachung war bisher nicht möglich. Viele sind daher überzeugt, dass dieser Durchbruch der Menschheit helfen wird, die Kraft und Geschwindigkeit des Lichts besser zu nutzen, um allen zu helfen.

Kontrolle über die Photonenstatistik

Diese Forschung bietet einen weiteren Vorteil: Erstmals wurde eine zuverlässige Methode entwickelt, Photonen bis hin zu ihren Einzelelementen zu sortieren. Diese Fähigkeit ermöglicht es Ingenieuren, Geräte zu entwickeln, die Zustände wie starke Bündelung und Antibündelung bestimmen können, um Aufgaben wie die Umwandlung von Licht in Strom auf Einzelphotonenebene zu bewältigen und so ein neues Zeitalter der Effizienz einzuläuten.

Wissenschaftler:innen

Die Forscher hinter dem Projekt wurden von Richard Warburton von der Universität Basel in der Schweiz geleitet. Das Team hat seine Photonensiebmethode erfolgreich demonstriert und möchte seine Forschung nun in den kommenden Monaten ausweiten. Ihre Arbeit baut auf jahrzehntelanger Quantenforschung auf und wird dazu beitragen, das nächste Kapitel der Quantenforschung voranzutreiben.

Zwei Unternehmen, die von der Photon-Sifter-Studie profitieren können

Mehrere große Technologieunternehmen könnten die Ergebnisse dieser Studie nutzen, um ihre Produkte und Dienstleistungen zu verbessern. Diese Unternehmen dominieren bereits den exklusiven Quantencomputersektor. Daher könnten sie durch die Nutzung dieser Entdeckung in Zukunft noch höhere Gewinne erzielen.

1. Honeywell

(HON )

Honeywell ist ein Pionier im Bereich der Quantencomputer. Der Hersteller ist in mehreren Branchen tätig und seit 1906 im Geschäft. Das in North Carolina ansässige Unternehmen bietet Luft- und Raumfahrt- sowie Gebäudetechnologien an und ist heute eine der bekanntesten Aktien.

Besonders bemerkenswert ist, dass Honeywell seinen Aufstieg kurz nach der Fusion mit AlliedSignal im Jahr 1999 begann. Dieser Fusion folgte 1.2 die Übernahme von Universal Oil Products für 2002 Milliarden Dollar. Heute ist Honeywell nach wie vor eine dominierende Kraft auf dem Markt. Seine Produkte umfassen eine breite Palette von Angeboten, wie z. B. Umweltkontrollsysteme, elektrische Energiesysteme, Motorsystemzubehör, Sicherheits- und Produktivitätslösungen sowie Automatisierungs- und Steuerungsnetzwerke.

Honeywell ist für Trader aus vielen Gründen eine starke „Halteposition“. Zum einen rangiert das Unternehmen auf Platz 115 der Fortune 500 und wurde letztes Jahr vom Fortune-Magazin als eines der „am meisten bewunderten Unternehmen der Welt“ ausgezeichnet. Derzeit beschäftigt Honeywell mehr als 95,000 qualifizierte Fachkräfte. Darüber hinaus meldete das Unternehmen für 36.66 einen Umsatz von 2023 Milliarden Dollar und ist damit einer der größten Verdiener im Bereich Quantencomputer. Diese Faktoren machen Honeywell zu einer Aktie, die man im Auge behalten sollte, da die bevorstehende Gewinnmitteilung eine weitere Nachfrage nach diesem Vermögenswert schaffen könnte.

2. Arqit Quantum ARQQ

(AARQ )

Arqit Quantum ist ein britisches Cybersicherheitsunternehmen, das Schutz vor Quantencomputer-Angriffen bietet. Diese hochleistungsfähigen Geräte werden eines Tages die Computerlandschaft beherrschen. Ihre Fähigkeiten machen sie ideal für die nächste Generation von Computern, stellen aber auch eine große Bedrohung für die heutigen Cybersicherheitsexperten dar.

David John Williams, David James Bestwick und Geoffrey Taylor erkannten die Nachfrage nach hochsicheren und quantenresistenten Systemen und gründeten Arqit Quantum. Ihr einzigartiger Ansatz umfasst das Angebot von Platform-as-a-Service (PaaS) und QuantumCloud-Speicheroptionen. Beide schützen Benutzer vor Hacking-Bedrohungen durch Quantencomputer.

Arqit Quantum musste im August einen gewissen Wertverlust hinnehmen, da der Großteil des Technologiesektors Verluste hinnehmen musste. Das Unternehmen hat jedoch ein großes Aufwärtspotenzial, insbesondere wenn man die weltweit zunehmende Bedrohung durch Cyberkriege berücksichtigt. Die einzigartige quantensichere symmetrische Schlüsselvereinbarungs-Verschlüsselungsplattform von Arqit Quantum bietet bei Bedarf Schutz auf Unternehmensebene.

Arqit Quantum ist kürzlich eine strategische Partnerschaft mit Sparkle eingegangen, um einen Network-as-a-Service Proof of Concept (PoC) zu erstellen, der helfen könnte, die Wirksamkeit der Systeme von Arqit gegen Quantenhacks zu demonstrieren. Analysten prognostizieren ein gewisses Wachstum durch diesen Vermögenswert, da das Unternehmen weiterhin Anerkennung für seine wissenschaftliche Forschung erhält.

Allein im letzten Jahr erhielt Arqit Quantum den Innovation in Cyber ​​Award, die Auszeichnung „Cyber ​​Security Software Company of the Year“ und wurde bei den Institution of Engineering and Technology (IET) Awards 2023 für seine bahnbrechende Forschung im Bereich des Quantencomputings geehrt.

Die Zukunft ist Quanten

Es besteht kaum ein Zweifel daran, dass Rechenleistung zu einem zentralen Bestandteil der nationalen Sicherheit und darüber hinaus geworden ist. Da immer mehr Städte weltweit intelligent werden, werden diese Systeme im Alltag der Menschen eine immer wichtigere Rolle spielen. Daher sind sich die meisten einig, dass die Quantentechnologie perfektioniert und geschützt werden muss, ohne dass sie Schaden anrichtet.

Photonensichter – Entschlüsselung optischer Quantencomputer

Die Welt bewegt sich weiter auf das Zeitalter des Quantencomputings zu. Diese Geräte sind heute kleiner und verfügbarer als je zuvor. In Zukunft werden sie für jedermann kommerziell erhältlich sein und die Tür für neue Möglichkeiten auf allen Märkten öffnen. Derzeit ist der Photonensieb ein entscheidendes Element der Entwicklung vom binären Computing zu Quantenoptionen.

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