อันที่จริง มันถูกสร้างครั้งแรกเมื่อนานมาแล้ว … ในกาแลคซีอันไกลโพ้น ในฉากจากภาพยนตร์เรื่อง Star Wars ล่าสุด Kylo Ren หยุดพัลส์บลาสเตอร์โดยใช้ The Force ชีพจรถูกแช่แข็งส่องแสงระยิบระยับกลางอากาศ เมื่อเร็ว ๆ นี้ สำหรับบทความของเราที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Physics ในสัปดาห์นี้เราได้หยุดการเต้นของแสงเลเซอร์โดยใช้วิธีการที่ค่อนข้างแตกต่างออกไป โดยการดักจับมันไว้ในก้อนเมฆของอะตอมรูบิเดียมที่เย็นจัด
รูบิเดียมและอะตอมที่คล้ายกันอื่นๆ ถูกนำมาใช้ก่อนหน้านี้เพื่อชะลอ
ความเร็วและกักเก็บแสงและแม้แต่ดักจับมัน ระบบเหล่านี้ทำงานโดยการดูดซับและปล่อยแสงเลเซอร์อีกครั้งจากอะตอมในลักษณะที่ควบคุมได้
แต่เราพบวิธีใหม่ในการดักจับแสง โดยใช้แสงเขียน “รูปร่าง” ที่เฉพาะเจาะจงลงในอะตอม เมื่อเปล่งแสงออกมาอีกครั้ง มันก็ติดอยู่ในอะตอม ปรากฎว่าเมื่อเราเลือกทิศทางและความถี่ที่ถูกต้องสำหรับเลเซอร์ของเราแล้ว การทดลองก็ค่อนข้างตรงไปตรงมา ส่วนที่ยากคือการหาความถี่และทิศทางที่ถูกต้อง!
ทำไมทำเช่นนี้? เราสนใจที่จะดักจับแสงเพราะเป้าหมายสูงสุดของเราคือการทำให้อนุภาคของแสงหรือโฟตอนแต่ละอนุภาคมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน โดยการโต้ตอบโดยตรง โฟตอนจะพันกัน ด้วยการปรับขนาดนี้ให้มากถึงการโต้ตอบจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับโฟตอนจำนวนมาก เราสามารถสร้างสถานะที่ซับซ้อนของข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการคำนวณควอนตัมที่ มีประสิทธิภาพในทางทฤษฎี
น่าเสียดายที่โฟตอนมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันน้อยมาก แต่พวกมันสามารถโต้ตอบได้รุนแรงกว่าหากสามารถถูกกักขังอยู่ในวัสดุเฉพาะได้นานพอที่จะปรับปรุงปฏิสัมพันธ์ให้อยู่ในระดับที่มีประโยชน์มากขึ้น อันที่จริงแล้ว เมื่อไม่นานมานี้ กลุ่มวิจัยหลายกลุ่มทั่วโลกได้แสดงให้เห็นปฏิสัมพันธ์ประเภทนี้ โดยมักจะใช้เมฆอะตอมเพื่อจำกัดแสง แต่ตามที่ฉันจะอธิบายด้านล่าง ระบบแสงแบบอยู่กับที่แบบใหม่ของเราอาจมีข้อได้เปรียบเมื่อพูดถึงการรับโฟตอนเพื่อโต้ตอบ
คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นสาขาการวิจัยที่น่าตื่นเต้นและพัฒนาอย่างรวดเร็ว และทีมงานของเราเป็นส่วนหนึ่งของศูนย์เทคโนโลยีการคำนวณควอนตัมและการสื่อสารของสภาวิจัยแห่งออสเตรเลีย มีแพลตฟอร์มที่เป็นไปได้มากมายสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม ตัวอย่างเช่น ทีม UNSW ของศูนย์ได้สาธิตการดำเนินการควอนตัมคอมพิวเตอร์โดยใช้อะตอมฟอสฟอรัสที่ฝังอยู่ในชิปซิลิกอน
แต่กลุ่มของเราศึกษาเรื่องแสงเป็นหลัก เพราะมีความเป็นไปได้สูง
ที่แสงจะมีบทบาทบางอย่างในควอนตัมคอมพิวเตอร์ เป็นช่องทางที่สะดวกในการส่งข้อมูลควอนตัมภายในหรือระหว่างคอมพิวเตอร์ เพราะไม่เหมือนกับอะตอมหรือกระแสไฟฟ้าตรงที่ไม่เสี่ยงต่อการหลงทางของสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้า อาจเป็นไปได้ที่จะใช้การคำนวณควอนตัมโดยใช้แสง และนี่คือแนวคิดที่กระตุ้นการวิจัยของเราเกี่ยวกับแสงที่อยู่นิ่ง
ทีมงานของเราสามารถจัดเก็บและเรียกข้อมูลพัลส์ของแสงในระบบเดียวกันได้ เรายังสามารถแสดงให้เห็นว่าข้อมูลควอนตัมที่เข้ารหัสในพัลส์แสงเหล่านี้ได้รับการเก็บรักษาไว้ ซึ่งหมายความว่าข้อมูลดังกล่าวสามารถสร้างพื้นฐานของหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ได้
อย่างไรก็ตาม นี่ไม่เพียงพอที่จะสร้างปฏิสัมพันธ์ในลักษณะที่เราต้องการ เนื่องจากแสงถูกดูดกลืนเข้าไปในอะตอมทั้งหมดและไม่สามารถโต้ตอบได้อีกต่อไป เราต้องดักจับแสงไว้ในหน่วยความจำ ไม่ใช่แค่เก็บมันไว้
ขณะค้นคว้าวิธีดักจับแสงในหน่วยความจำอะตอม ฉันค้นพบโดยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ว่ารูปร่างแบบใดแบบหนึ่งที่ถูกเขียนลงในหน่วยความจำอะตอมจะทำให้เกิดแสงที่อยู่นิ่งๆ โดยการดึงแสงสองทิศทางพร้อมกัน แสงอาจติดอยู่ในหน่วยความจำได้ แสงทั้งหมดที่เปล่งออกมาอีกครั้งทั่วทั้งหน่วยความจำจะรบกวนการทำลายล้างที่ส่วนท้ายของหน่วยความจำและไม่สามารถหลบหนีได้
การจำลองยังทำนายพฤติกรรมที่น่าสนใจอื่นๆ ด้วย: ถ้าเขียนรูปร่างผิด แสงบางส่วนจะหนีออกไป แต่หน่วยความจำจะพัฒนาอย่างรวดเร็วเป็นรูปร่างที่มีแสงติดอยู่ สิ่งนี้อาจมีประโยชน์สำหรับแสงที่อยู่นิ่งโดยทำให้มีความทนทานมากขึ้น แต่อาจมีประโยชน์สำหรับการประมวลผลด้วยแสงอื่นๆ ด้วย
เราสามารถแสดงพฤติกรรมทั้งหมดนี้โดยใช้หน่วยความจำอะตอมของเรา ไม่เหมือนกับพัลส์บลาสเตอร์เยือกแข็งของ Kylo Ren ตรงที่ไม่สามารถมองเห็นแสงที่อยู่นิ่งได้โดยตรง (หากต้องการดูบางสิ่ง โฟตอนต้องเดินทางจากวัตถุมายังดวงตาของคุณ และโฟตอนเหล่านี้จะไม่ไปไหน) ความจริงแล้วพฤติกรรมของระบบตรงกับการคาดคะเนของเรา ดังนั้น จึงยืนยันได้อย่างแม่นยำว่าแสงนั้นอยู่นิ่งจริงๆ
ก่อนหน้านี้แสงถูกขังอยู่ในระบบที่คล้ายกัน สิ่งที่ทำให้ระบบของเราใหม่และน่าสนใจคือเราเชื่อว่าเป็นการสาธิตที่น่าเชื่อถือที่สุดจนถึงตอนนี้ แต่พฤติกรรมของแสงที่อยู่นิ่งของเรานั้นแตกต่างอย่างสิ้นเชิง เราเชื่อว่าพฤติกรรมใหม่นี้ซึ่งแสงเดินทางผ่านหน่วยความจำได้อย่างอิสระมากขึ้น อาจทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ที่ไม่เชิงเส้นมากขึ้น
การทดลองนี้เป็นเพียงขั้นตอนเดียวบนเส้นทางยาวสู่ออปติกควอนตัมคอมพิวติ้ง ขั้นตอนต่อไปคือการพิสูจน์ว่าโฟตอนสามารถโต้ตอบกับคนอื่นในระบบของเราได้ หากมองไปไกลกว่านั้น เราหวังว่าสิ่งนี้จะก่อให้เกิดอุปกรณ์ที่สามารถใช้การค้นพบบางอย่างของเรา เพื่อสร้างสถานะที่ซับซ้อนของโฟตอนที่พันกันยุ่งเหยิง ซึ่งจำเป็นสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมออปติก
Credit : UFASLOT888G
