211service.com
Quantum Zeno-effect maakt 'interactievrij' schakelen mogelijk
Het kwantum zeno-effect is een van de vreemdere en fascinerendere gevolgen van de kwantummechanica. Het biedt een verrassende en contra-intuïtieve manier om kwantumsystemen te controleren die van de ene toestand naar de andere veranderen.
Dat klinkt nuttig, maar het vermogen om het kwantumzeno-effect te benutten, is natuurkundigen tot nu toe ontgaan. Nu zeggen Yu-Ping Huang en vrienden van de Northwestern University in Evanston Illinois dat ze hebben uitgewerkt hoe ze het kwantumzeno-effect kunnen gebruiken om een interactievrije schakelaar te maken.
Eerst iets meer over het effect zelf. Stel je een foton voor in toestand 0 dat een zekere kans heeft om in toestand 1 te vervallen. Voer nu een reeks periodieke metingen uit aan het foton. Tussen de metingen evolueert het foton naar een superpositie 0 en 1 toestand en een meting zal ervoor zorgen dat het in een van deze instort.
Echter, als de tijd tussen de metingen klein is, is de kans dat het instort om een 1 te vormen kleiner dan de kans dat het een 0 wordt. En als de periodieke metingen snel genoeg worden gedaan, is de kans dat een meting een 1 oplevert naar nul.
In feite voorkomt het proces van herhaalde meting dat het foton vervalt van een 0 naar een 1. Dat is het kwantum zeno-effect, ook wel het bekeken-pot-nooit-kookt-effect genoemd.
Nu hebben Huang en co een schema bedacht dat dit effect benut om een switch te creëren. Het basisidee is om een signaalgolf in toestand 0 te nemen die zal vervallen of evolueren naar een 1 wanneer deze door een niet-lineaire golfgeleider wordt geleid.
Huang en vrienden wijzen er echter op dat het meten van de golf deze evolutie zal voorkomen. Ze zeggen dat ze deze meting kunnen uitvoeren door de signaalgolf te laten interageren met een andere controlegolf.
Dus de aanwezigheid van de stuurgolf houdt de signaalgolf in een 0-toestand, terwijl de afwezigheid van de stuurgolven ervoor zorgt dat de signaalgolf overschakelt naar een 1. En dat is het: een volledig optische schakelaar die interactievrij is omdat het de afwezigheid is van de stuurgolf die de omschakeling veroorzaakt.
Het potentieel van dit apparaat is interessant omdat het een aantal belangrijke voordelen biedt ten opzichte van conventionele volledig optische schakelaars. Ten eerste moet dit type schakelaar op een extreem laag vermogen werken, omdat er geen signaalverlies is in verband met het schakelproces. Dat staat in schril contrast met andere soorten schakelingen waarbij optische verliezen een belangrijke beperking van de schakelprestaties zijn.
Ten tweede blijft de kwantumtoestand van de signaalgolf behouden. Dat is een biggie. Als zo'n switch in de praktijk werkt, kan het het hart worden van quantumrouters die een soort quantuminternet mogelijk maken.
Het is echter nog vroeg. Huang en co hebben de eigenschappen van hun apparaat tot nu toe alleen theoretisch onderzocht en anderen zitten hen op de hielen en zijn hen mogelijk voor.
Wat zeker is, is dat we waarschijnlijk nog veel meer over zeno-schakelaars zullen horen. Het werk van dit team wordt gefinancierd door een project genaamd het Zeno-Based Optoelectronics-programma, opgezet door het Defense Advanced Projects Agency. Deze krant is een van de eersten die uit dat programma komt. Echte apparaten zouden niet ver achter moeten blijven.
Referentie: arxiv.org/abs/1008.2408 : Interactievrij volledig optisch schakelen via Quantum-Zeno-effect