Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai"

Lóránd Deák
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai Kis Zsolt Kvantumoptikai és Kvantuminformatikai Osztály MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont H-1121 Budapest, Konkoly-Thege Miklós út III. SCHÖNHERZ MEETUP, április 7.

2 Feketetest sugárzás: a kvantummechanika hajnala Planck 1901: egy fekete üreg falát alkotó oszcillátorok energiája: E = n h ν. Planck-féle hatáskvantum: h Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 2 / 20

3 Fotoeffektus Albert Einstein Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 3 / 20

4 Milyen méretű rendszerekben számíthatunk kvantumeffektusokra? Részecske és hullám: 1924 Louis-Victor de Broglie: minden anyagnak van hullámtermészete λ = h p, ahol p = E/c fotonok esetén, p = mv részecskék esetén. 6, a 0 3, a 0 3, a a 0 Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 4 / 20

Kvantumos részecskék és fotonok Részecskék: hidrogén atom mérete: 5, 3 10 11 m elekron tömege: 9, 1 10 31 kg Fotonok: nincs tömegük fénysebességgel terjednek energiájuk E = h ν = h c/λ látható

5 Kvantumos részecskék és fotonok Részecskék: hidrogén atom mérete: 5, m elekron tömege: 9, kg Fotonok: nincs tömegük fénysebességgel terjednek energiájuk E = h ν = h c/λ látható fény: λ = nm polarizáció: and térero sség: E és H, kvantált Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 5 / 20

6 Kvantált elektromágneses mező Kvantált EM tér Energia operátora ( k, σ módusra): Ĥ k = hν k â kâk Energia sajátállapotok: Ĥ n = E n n, E n = n hν, n = 0, 1, 2,... Keltő és eltüntető operátorok: â n = n n 1, â n = n + 1 n + 1 A térerősségek operátorok: Ê és Ĥ Kvantumállapot: ψ = n cn n Klasszikus EM tér Az E és H térerősség vektorok jellemzik az EM teret: hely- és időfüggésüket a Maxwell-egyenletek írják le Energiafüggvény: H = V 2 [ε 0E 2 + µ 0 H 2 ] Az E és H térerősségek tetszőlegesen pontosan mérhetők Mérés a kvantált térben: Várhatóérték: E x = ψ Êx ψ Szórás: ( E x) 2 = ψ (Êx E x)2 ψ Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 6 / 20

7 Mire jók a fotonok? Információ továbbítása fotonokkal Fotonok részvétele fizikai kölcsönhatásokban: Csillapítás üvegszálban (λ = 1, 55 µm): 3 db/15 km A fotonok egymással nem hatnak kölcsön. Fotonok kölcsönhatásához szükséges atomos közeg. Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 7 / 20

és dekoherencia Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ

8 Fotonok és atomok kölcsönhatása Dipól kölcsönhatás fény és töltött részecskék között a fény az atomi elektronnal hat kölcsön Disszipáció és dekoherencia Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 8 / 20

9 Ioncsapda Ionok csapdázása lineáris kvadrupól csapdában: Csatolási séma: Vörös elhangolás esetén (η = z 0 k): Ĥ η Ω [ 2 ˆb e iϕ + ˆb e iϕ] N Kék elhangolásra : Ĥ η Ω [ 2 ˆb e iϕ + ˆb e iϕ] N Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 9 / 20

10 Kísérlet: lineáris Paul-csapda Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 10 / 20

11 Kísérlet: 1-8 ion a csapdában Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 11 / 20

12 Kvantumos logikai kapuk Általános kvantumszámítógép Kvantumbit: ψ = c + c Általános egy-bites művelet: ψ = Û(α, β, γ) ψ Egyfajta kontrollált két-bites művelet: ψ be = a + b + c +d Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 12 / 20

Kvantumos logikai kapuk Általános kvantumszámítógép Kvantumbit: ψ = c + c Általános egy-bites művelet: ψ = Û(α, β, γ) ψ Egyfajta kontrollált két-bites művelet: 1 0 0 0

13 Kvantumos logikai kapuk Általános kvantumszámítógép Kvantumbit: ψ = c + c Általános egy-bites művelet: ψ = Û(α, β, γ) ψ Egyfajta kontrollált két-bites művelet: ψ ki = a + b + c d Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 12 / 20

14 Kvantumos logikai kapuk megvalósítása ioncsapdában Az Ûk,q n Az Ûm,n = Û1,0 hatása egy csapdázott ionra m Û2,1 n Ûm 1,0 n 1 cos(kπ/2) n 1 ie iϕ sin(kπ/2) q n 0 q n 0 cos(kπ/2) q n 0 ie iϕ sin(kπ/2) n 1 transzformáció a fáziskaput adja az m és n ionok között. ψ be = a m n + b m n + c m n +d m n Ûm,n ψ ki = a m n + b m n + c m n d m n Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 13 / 20

15 Kísérlet: összeállítás optikai aztalon Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 14 / 20

16 Kísérlet: komplex összeállítás Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 15 / 20

17 Kísérlet: ioncsapda csipen Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 16 / 20

18 Kísérlet: 2D ioncsapda Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 17 / 20

19 Szupravezető qubitek mikrohullámű rezonátorban Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 18 / 20

20 Nitrogén-vakancia centrum gyémántban Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 19 / 20

21 Szén nanocső Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 20 / 20

Hasonló dokumentumok

Kvantumszámítógép a munkára fogott kvantummechanika

Kvantumszámítógép a munkára fogott kvantummechanika Széchenyi Gábor ELTE, Anyagfizikai Tanszék Atomoktól a csillagokig, 2019. április 25. Kvantumszámítógép a hírekben Egy új technológia 1940-es 1980-as