Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai

Hasonló dokumentumok
Kvantumszámítógép a munkára fogott kvantummechanika

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

KVANTUMMECHANIKA. a11.b-nek

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

A kvantummechanika a kísérletezők kezében

A kvantumos összefonódás

Az elektromágneses hullámok

Abszorpciós fotometria

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (a) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 15. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

A fény és az igazi véletlen

Gyorsítók. Veszprémi Viktor ATOMKI, Debrecen. Supported by NKTH and OTKA (H07-C 74281) augusztus 17 Hungarian Teacher Program, CERN 1

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

Koherens lézerspektroszkópia adalékolt optikai egykristályokban

Biofizika. Sugárzások. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? Biológiai jelenségek fizikai leírása/értelmezése

ATOMMODELLEK, SZÍNKÉP, KVANTUMSZÁMOK. Kalocsai Angéla, Kozma Enikő

Kvantummechanika. - dióhéjban - Kasza Gábor július 5. - Berze TÖK

A hőmérsékleti sugárzás

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Jelöljük meg a kérdésnek megfelelő válaszokat! 1, Hullámokról általában: alapösszefüggések a harmonikus hullámra. A Doppler-effektus

Az optika tudományterületei

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Az A 2 -probléma eliminálása a rezonátoros kvantumelektrodinamikából

Geometriai és hullámoptika. Utolsó módosítás: május 10..

A fény korpuszkuláris jellegét tükröző fizikai jelenségek

Tartalom. Typotex Kiadó

A fény mint elektromágneses hullám és mint fényrészecske

A kvantumelmélet kísérletes háttere

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

Elektromágneses hullámegyenlet

Megmérjük a láthatatlant

Kifejtendő kérdések június 13. Gyakorló feladatok

Szilárd testek sugárzása

AZ ELEKTROMÁGNESES SUGÁRZÁS KETTŐS TERMÉSZETE

Atomfizika. A hidrogén lámpa színképei. Elektronok H atom. Fényképlemez. emisszió H 2. gáz

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

TÁVKÖZLÉSI ISMERETEK FÉNYVEZETŐS GYAKORLAT. Szakirodalomból szerkesztette: Varga József

Zárthelyi dolgozat I. /A.

A lézer alapjairól (az iskolában)

Z bozonok az LHC nehézion programjában

A gamma-sugárzás kölcsönhatásai

Kvantumos jelenségek lézertérben

9. évfolyam. Osztályozóvizsga tananyaga FIZIKA

Az elektron hullámtermészete. Készítette Kiss László

Hadronok, atommagok, kvarkok

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Kevés szabadsági fokú kvantumrendszerek dinamikai tulajdonságai

Elektronok, atomok. Általános Kémia - Elektronok, Atomok. Dia 1/61

az Aharonov-Bohm effektus a vektorpotenciál problémája E = - 1/c A/ t - φ és B = x A csak egy mértéktranszformáció erejéig meghatározott nincs fizikai

Kvantummechanika gyakorlat Beadandó feladatsor Határid : 4. heti gyakorlatok eleje

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék április 28.

A hőmérsékleti sugárzás

Modern fizika vegyes tesztek

Elektronok, atomok. Tartalom

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Bevezetés a részecske fizikába

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Gyorsítók. Veszprémi Viktor ATOMKI, Debrecen. Supported by OTKA MB augusztus 16. Hungarian Teacher Program, CERN 1

Radiokémia vegyész MSc radiokémia szakirány Kónya József, M. Nagy Noémi: Izotópia I és II. Debreceni Egyetemi Kiadó, 2007, 2008.

Atommodellek. Ha nem tudod egy pincérnőnek elmagyarázni a fizikádat, az valószínűleg nem nagyon jó fizika. Rausch Péter kémia-környezettan tanár

Az atom felépítése, fénykibocsátás (tankönyv 68.o.- 86.o.)

Axion sötét anyag. Katz Sándor. ELTE Elméleti Fizikai Tanszék

Utazások alagúteffektussal

Atomok, elektronok. Általános Kémia - Elektronok, Atomok. Dia 1/61

Elektronok, atomok. Általános Kémia - Elektronok, Atomok. Slide 1 of 60

Pósfay Péter. ELTE, Wigner FK Témavezetők: Jakovác Antal, Barnaföldi Gergely G.

ELEKTRONIKAI ALKATRÉSZEK

Hogyan bírhatjuk szóra a molekulákat, avagy mi is az a spektroszkópia?

A részecskefizika kísérleti eszközei

Stern Gerlach kísérlet. Készítette: Kiss Éva

Abszorpciós fotometria

Feketetest sugárzás. E = Q + W + W sug. E = Q + W + I * dt. ELTE II. Fizikus, 2005/2006 I. félév KISÉRLETI FIZIKA Hıtan (XI.

Reciprocitás - kvantumos és hullámjelenségek egy szimmetriája

Bell-kísérlet. Máté Mihály, Fizikus MSc I. ELTE. Eötvös Loránd Tudományegyetem. Modern zikai kísérletek szemináriuma, 2016.

Szilárdtestek sávelmélete. Sávelmélet a szabadelektron-modell alapján

A Planck-eloszlásokról és a fényforrások ekvivalens színhőmérséklet -eiről Erbeszkorn Lajos

A KVANTUMMECHANIKA A KÍSÉRLETEZÔK KEZÉBEN: A 2012-ES FIZIKAI NOBEL-DÍJ

A modern fizika születése

dinamikai tulajdonságai

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Biofizika. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? A biológiában és orvostudományban alkalmazott fizikai módszerek tárgyalása

Pósfay Péter. arxiv: [hep-th] Eur. Phys. J. C (2015) 75: 2 PoS(EPS-HEP2015)369

Biofizika. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? A biológiában és orvostudományban alkalmazott fizikai módszerek tárgyalása

Van-e a vákuumnak energiája? A Casimir effektus és azon túl

Részecskefizikai gyorsítók

KEZD!LAP ARCHÍVUM IMPRESSZUM KERESÉS

Elméleti zika 2. Klasszikus elektrodinamika. Bántay Péter. ELTE, Elméleti Fizika tanszék

1. Prefix jelentések. 2. Mi alapján definiáljuk az 1 másodpercet? 3. Mi alapján definiáljuk az 1 métert? 4. Mi a tömegegység definíciója?

KOVÁCS ENDRe, PARIpÁS BÉLA, FIZIkA II.

Abszorpciós spektrumvonalak alakja. Vonalak eredete (ld. előző óra)

Mikroszerkezeti vizsgálatok







Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Átírás:

Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai Kis Zsolt Kvantumoptikai és Kvantuminformatikai Osztály MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont H-1121 Budapest, Konkoly-Thege Miklós út 29-33 III. SCHÖNHERZ MEETUP, 2015. április 7.

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

Fotoeffektus Albert Einstein 1905. Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 3 / 20

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, 25 10 28 a 0 3, 125 10 26 a 0 3, 4 10 19 a 0 10 6 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 fény: λ = 400-700 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

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

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

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

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

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

Kísérlet: 1-8 ion a csapdában Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 11 / 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 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0-1 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 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0-1 ψ ki = a + b + c d Kis Zsolt (MTA Wigner FK) Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai III. SCHÖNHERZ MEETUP 12 / 20

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

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

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

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

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

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

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

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