Fizičari razvili detektor sposoban za brojanje fotona u kvantnom računarstvu

Detektovanje pojedinačnog fotona samo po sebi predstavlja izazov. Ali šta ako takođe želite da znate tačno koliko fotona stiže u određenu tačku u isto vreme? Fizičar Erik Balbergen (Erik Baalbergen) radi na detektorima svetlosti koji mogu upravo to. Oni čine ključni gradivni element za optički kvantni računar budućnosti, piše Phys.org.

- Uvek sam najviše uživao u eksperimentima sa svetlošću. A ovaj projekat objedinjuje oblasti optike, elektronike i fizike čvrstog stanja. Upravo mi je taj presek neverovatno zanimljiv – rekao je Balbergen.

Preporučujemo

Tokom svojih doktorskih istraživanja na Univerzitetu u Lajdenu, radio je na razvoju i unapređenju specijalizovanih detektora svetlosti. Svoju tezu pod nazivom „Razlučivanje broja fotona pomoću superprovodnih nanožica“ (Photon-Number Resolution with Superconducting Nanowires) odbranio je 3. novembra.

Brojanje svetlosnih čestica

- Razvili smo tehniku koja vam omogućava da razlikujete jedan, dva i tri (ili više) fotona – rekao je.

Balbergen objašnjava da optički kvantni računar mora imati detektor sposoban da izbroji tačan broj svetlosnih čestica koje prolaze. To je zato što računar koristi te fotone za izvođenje proračuna. Do sada su detektori mogli samo da utvrde da li su svetlosne čestice prisutne ili ne.

- Naš novi detektor meri tačno koliko je svetlosnih čestica bilo, a ova merenja takođe pružaju informaciju o tome koliko je taj rezultat pouzdan. Možda deluje kao mali korak napred, ali to je zapravo prilično značajan, fundamentalan iskorak. Doduše, naš detektor i dalje zahteva dalji razvoj, ali putem kojim smo sada krenuli, stići ćemo do cilja – rekao je Balbergen.

Nanožice reaguju na svetlost

Balbergen je istraživao izuzetno tanke žice napravljene od materijala koji pokazuje nulti električni otpor na veoma niskim temperaturama: takozvane detektore na bazi superprovodnih nanožica. Čim foton pogodi takvu žicu, njeno električno stanje se menja i generiše se merljiv signal. Jedno od tehničkih rešenja koja je Balbergen istraživao jeste pametna veza između detektora i elektronike koja očitava signal. Ova veza obezbeđuje manji gubitak električnog signala.

Udruživanje istraživača

Tokom svog istraživanja, Balbergen je neko vreme sarađivao i sa teorijskom fizičarkom Ilse Kojf (Ilse Kuijf), takođe doktorantkinjom u Lajdenu. Ona istražuje kako se bolja analiza podataka i nove tehnike veštačke inteligencije mogu iskoristiti za izvlačenje više informacija iz mernih podataka već završenih eksperimenata.

Kojf i Balbergen, zajedno sa svojim master studentom Larsom Seldenthajsom (Lars Seldenthuis), došli su na ideju da posmatraju ne samo amplitudu električnog signala, već i to kako se taj signal menja tokom vremena. Na taj način pronašli su način da preciznije utvrde koliko je fotona detektor zabeležio. Ovaj metod postavlja relativno niske zahteve pred elektroniku za očitavanje i stoga se brzo i jednostavno primenjuje. Njihovo istraživanje objavljeno je u žurnalu APS Open Science u julu.

Budućnost

Detektor fotona je samo jedna od komponenti optičkog kvantnog računara. Međutim, svaka od ovih komponenti je ključna za dalji razvoj tehnologije. Vremenom će kvantni računari moći da obavljaju složene proračune koji su izuzetno teški za konvencionalne računare. Primeri uključuju bolje razumevanje hemijskih reakcija i projektovanje novih molekula i materijala.

- Velika prednost optičkog kvantnog računara u poređenju sa superprovodnim kvantnim računarom jeste to što gotovo sve njegove komponente rade na sobnoj temperaturi – objasnio je Balbergen. - Zato nam nije potreban veliki rashladni sistem koji bi temperaturu spustio blizu apsolutne nule. To štedi mnogo novca i vremena.

Precizniji računari

Tokom doktorskih istraživanja Balbergen je sarađivao sa kompanijom QuiX Quantum. U leto 2026. godine, kompanija je lansirala prvi funkcionalni prototip svog optičkog kvantnog računara. Balbergen očekuje da će se detektor fotona poput onog koji je razvio u Lajdenu naći u sledećoj generaciji ovog računara.

- Uz ovaj detektor, kvantni računar će uskoro moći da izvodi proračune sa još većom preciznošću – rekao je.

(Telegraf Nauka/Phys.org)