Nieuwe quantumprocessor gevoed door perfecte fotonen

De quantumprocessor, die werkt met fotonen en ontwikkeld aan de UTwente, wordt een steeds krachtiger ‘toolbox’ voor het uitvoeren van experimenten. De nieuwste versie heeft naast een groter aantal in- en uitgangen ook door een verbeterde fotonenbron.

Trefwoorden: #fotonen, #processor, #quantum, #research, #UTwente

Lees verder

research

( Foto: Universiteit Twente )

ENGINEERINGNET.BE - Het begint bij de bron, als je quantumbewerkingen wilt uitvoeren met licht. De fotonen, lichtdeeltjes, die je wilt gebruiken, moeten zo goed mogelijk identiek zijn.

Anders gaan ze de kenmerkende quantumeigenschappen zoals verstrengeling en superpositie niet vertonen. Heeft het ene foton aan de bron net een iets andere kleur licht dan het andere, dan bestaat het risico dat de quantumeigenschappen niet tevoorschijn komen en geen berekening mogelijk is.

In zijn proefschrift presenteert Van der Meer een driefotonen bron op basis van titanylfosfaat (KTP). In de huidige versie is de bron op te schalen naar elf zeer identieke fotonen.

De processor waarmee hij zijn experimenten heeft uitgevoerd, is een systeem met 12 ingangen en 12 uitgangen. Tussen de in- en uitgangen bevindt zich een stelsel van lichtgeleidende kanalen, van siliciumnitride dat als groot voordeel heeft dat het extreem lage verliezen kent.

De fotonen kunnen bewegen door het stelsel, de kanalen splitsen zich en de ‘wissels’ zijn te besturen van buitenaf, met locale verhitting. Hiermee is het foton van de ene ‘mode’ naar de andere sturen, maar ook ergens tussenin dankzij het typische quantumverschijnsel van ‘superpositie’.

Het mooie aan de processor is dat hij werkt op kamertemperatuur, evenals de fotonen. Daardoor zijn fotonen, als ‘quantum bits’ robuuster en hebben ze minder last van ruis dan bijvoorbeeld supergeleidende varianten. Aan de 12 uitgangen is te meten wat er in álle kanalen onderweg is gebeurd met de fotonen.

Dankzij de nieuwe fotonenbron en de opgeschaalde processor, heeft Van der Meer enkele experimenten kunnen uitvoeren. Een daarvan gaat over informatiebehoud. Quantummechanica is een informatiebehoudende theorie: twee systemen gaan in de loop van de tijd niet méér op elkaar lijken.

Thermodynamica is een informatieverliezende theorie: twee systemen gaan in de loop van de tijd, steeds meer op elkaar lijken. Die twee kunnen niet tegelijk waar zijn. En toch blijkt een systeem dat als geheel quantummechanisch gedrag vertoont, in deelsystemen toch thermodynamisch is. De informatie kan toch ontsnappen binnen het grotere systeem.

Het onderzoek is uitgevoerd in de groep Adaptive Quantum Optics en het Centre for Quantum Nanotechnology Twente (QUANT), beide onderdeel van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de UT.