Ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Λουιζιάνα (LSU), υπό τον αναπληρωτή καθηγητή Omar S. Magaña-Loaiza, ανέπτυξε μια καινοτόμο οπτική πλατφόρμα που εξάγει κβαντική συμπεριφορά από το κοινό, κλασικό φως. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Advanced Science, παρουσιάζει έναν ανθεκτικό κβαντικό ταμιευτήρα πολλαπλών φωτονίων που λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου και επιδεικνύει υψηλή αντοχή στον θόρυβο και στις οπτικές απώλειες.
Αντλώντας κβαντική συμπεριφορά από το κλασικό φως
Τα παραδοσιακά κβαντικά συστήματα είναι εξαιρετικά εύθραυστα και απαιτούν απόλυτα απομονωμένα περιβάλλοντα. Αντίθετα, οι ερευνητές του LSU χρησιμοποίησαν ισχυρές κλασικές πηγές φωτός, συνδυάζοντας την πολικότητα, τη χωρική δομή και τον αριθμό των φωτονίων μέσα σε ένα διασυνδεδεμένο οπτικό δίκτυο.
Με τη χρήση ανιχνευτών που διακρίνουν τον ακριβή αριθμό των εισερχόμενων φωτονίων (photon-number-resolving detectors), η ομάδα κατάφερε να απομονώσει κβαντικές καταστάσεις έως και 40 φωτονίων, δημιουργώντας έναν ταμιευτήρα 861 μετρήσιμων στοιχείων για την επεξεργασία πληροφοριών.
Εφαρμογές σε κβαντική προσομοίωση και υπολογιστική
Η πλατφόρμα αξιοποιήθηκε αρχικά ως κβαντικός προσομοιωτής, αναπαράγοντας με επιτυχία φαινόμενα όπως ο κβαντικός τυχαίος περίπατος (quantum random walk), καθώς και τις διεργασίες θερμοποίησης και αντι-θερμοποίησης σε συστήματα πολλών σωματιδίων.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές εφάρμοσαν τεχνικές υπολογιστικής ταμιευτήρα (reservoir computing). Χωρίς να αλλάξουν τη φυσική διαμόρφωση του οπτικού δικτύου, εκπαίδευσαν μόνο την τελική ανάγνωση των αποτελεσμάτων, επιτυγχάνοντας την εκμάθηση έξι διαφορετικών μαθηματικών συναρτήσεων.
Προοπτικές για πρακτικές κβαντικές τεχνολογίες
Η συγκεκριμένη υβριδική προσέγγιση συνδυάζει την ευκολία παραγωγής του κλασικού φωτός με τις προηγμένες κβαντικές μετρήσεις. Καθώς δεν απαιτεί συνθήκες βαθιάς κατάψυξης και παραμένει λειτουργική υπό ρεαλιστικές εργαστηριακές συνθήκες, η μέθοδος ανοίγει νέους δρόμους για την ανάπτυξη προσβάσιμων και ανθεκτικών κβαντικών υπολογιστικών συστημάτων.