Открыт ранее неизвестный тип помех, мешающих работе квантовых устройств

Европейские ученые из области физики обнаружили, что взаимодействие между одиночными фотонами и неупорядоченными потоками световых частиц может существенно затруднить работу фотонных квантовых устройств. Ранее эти взаимодействия не учитывались при разработке таких приборов, сообщает пресс-служба немецкого Ганноверского университета имени Лейбница (LUH).

"Мы впервые экспериментально доказали, что интерференция между неупорядоченным потоком фотонов и одиночными частицами света также приводит к появлению подобных квантовых взаимодействий между этими фотонами и фоновым излучением. Это означает, что мы не можем просто игнорировать этот фон и исключать его из расчетов, как это делалось ранее", - заявил профессор LUH Михаэль Кус, цитируемый пресс-службой университета.

При разработке квантовых вычислительных систем, где используются одиночные фотоны и оптические приборы, ученые сделали открытие. Фотонные чипы стали одним из самых перспективных направлений в создании квантовых компьютеров. Важную роль в работе этих устройств играют взаимодействия между двумя фотонами с одинаковыми физическими свойствами, которые проходят через специальный светоделитель. Если эти частицы достигают светоделителя в одно и то же время, они должны покинуть его через один и тот же выход в соответствии с законами квантовой физики. Это явление, известное как эффект Хонга-У-Мандела, обеспечивает работу фотонных аналогов транзисторов.

В процессе разработки подобных устройств, профессор Кус и его коллеги заметили, что иногда взаимодействие одиночных фотонов приводило к тому, что световые частицы покидали светоделитель через два разных выхода. Этот результат, который противоречит квантовой физике, заставил ученых более детально изучить, как окружающая среда влияет на эффект Хонга-У-Мандела.

В результате проведенных расчетов и опытов было обнаружено, что неожиданные квантовые помехи возникают из-за взаимодействия одного из фотонов с фоновым излучением, которое представляет собой неупорядоченный поток световых частиц. Такое излучение порождается различными источниками электромагнитных волн, такими как Солнце, теплые предметы и другие природные и искусственные источники, которые окружают нас и все объекты на Земле.

В прошлом ученые считали, что фоновое излучение просто мешает наблюдениям за эффектом, но не искажает результаты расчетов и экспериментов. Это позволяло "вычитать" фоновое излучение из полученных данных. Однако эксперименты и расчеты, проведенные профессором Кусом и его коллегами, показали, что это не так. Это новое открытие должно быть учтено при разработке фотонных квантовых компьютеров и систем связи, заключили исследователи.

Источник и фото: https://nauka.tass.ru