Nieuw onderzoek onthult: quantumgeheugen opslaan met harde röntgenstraling op enkel foton-niveau

AmsterdamEen groep onderzoekers van diverse instellingen, waaronder Texas A&M University en Helmholtz Institute Jena, hebben een nieuwe methode ontdekt om röntgenpulsen op het enkele foton niveau op te slaan en vrij te geven. Deze doorbraak, gepubliceerd in Science Advances, kan leiden tot belangrijke vooruitgangen in quantum netwerken en computertechnologie met röntgenfotonen.

Quantumgeheugens gebruiken doorgaans optische fotonen en atoomgroepen. Maar Dr. Olga Kocharovskaya en haar team hebben ontdekt dat het gebruik van nucleï in plaats van atomen het geheugen langer kan laten meegaan. Dit werkt zelfs goed in vaste stoffen bij kamertemperatuur. De langere geheugenduur komt doordat nucleaire overgangen minder worden beïnvloed door externe velden vanwege de kleine omvang van nucleï.

Het nieuwe protocol van het team omvat:

• Bewegende nucleaire absorbers gebruiken om een frequentiekam in het absorptiespectrum te creëren.
• Een korte puls afstemmen op dit spectrum voor absorptie door de nucleaire doelen.
• De puls vertraagd opnieuw uitzenden door de omgekeerde Doppler-verschuiving.

Het concept berust op de frequentieverschuiving door beweging, waardoor verschillende frequentiedelen op één lijn komen. Hiervoor gebruikten ze een opstelling met één stationaire absorber en zes bewegende absorbers, wat resulteerde in een patroon met zeven frequentiesegmenten.

Lees ook:

Vandaag · 12:21

Verborgen dieptegeheimen: Arima-bronwater en aardbevingsrisico

Deze methode kan resulteren in sterke en langdurige quantumgeheugens. Het gebruik van nucleaire coherentie zorgt voor langere opslagperiodes omdat nucleaire isomeren met een langere levensduur efficiënter benut kunnen worden. Bovendien kan dit protocol informatie intact houden op het enkel-foton niveau, wat aantoont dat het een betrouwbaar quantumgeheugensysteem is in het röntgenbereik.

De mogelijkheden zijn aanzienlijk. De uitbreiding van kwantumtechnologieën naar korte golflengten biedt veel potentieel, omdat het door het middelen van fluctuaties over vele hoogfrequente cycli de ruis vermindert. Dit zou kunnen leiden tot nauwkeurigere en betrouwbaardere kwantuminformatieverwerkingssystemen.

De volgende stappen voor het team zijn het naar behoefte vrijgeven van opgeslagen fotonenpakketjes en het creëren van verbindingen tussen verschillende harde röntgenfotonen. Deze verbindingen, ook wel verstrengeling genoemd, zijn cruciaal voor de informatieverwerking in kwantumcomputers. Dit onderzoek kan grote invloed uitoefenen op de toekomstige ontwikkeling van kwantumcomputers en netwerken.

Het succes van het team in het demonstreren van hun werk opent nieuwe mogelijkheden in quantumoptica met behulp van röntgenenergieën. Hun flexibele en betrouwbare opstelling kan een cruciale rol spelen in de vooruitgang van quantumtechnologieën, waarbij de unieke eigenschappen van röntgenfotonen worden benut om aanzienlijke vooruitgang in het veld te boeken.