211service.com
Quantum Zeno Effect tillåter 'interaktionsfri' växling
Kvantzenoeffekten är en av kvantmekanikens konstigare och mer fascinerande konsekvenser. Det erbjuder ett överraskande och kontraintuitivt sätt att kontrollera kvantsystem som förändras från ett tillstånd till ett annat.
Det låter användbart men förmågan att utnyttja kvantzenoeffekten har hittills gäckat fysiker. Nu säger Yu-Ping Huang och kompisar vid Northwestern University i Evanston Illinois att de har räknat ut hur man använder kvantzenoeffekten för att göra en interaktionsfri switch.
Först lite mer om själva effekten. Föreställ dig en foton i tillstånd 0 som har en viss sannolikhet att sönderfalla till tillstånd 1. Gör nu en serie periodiska mätningar på fotonen. Mellan mätningarna utvecklas fotonen till ett superposition 0 och 1 tillstånd och en mätning kommer att få den att kollapsa till ett eller annat av dessa.
Men om tiden mellan mätningarna är liten är chansen att den kollapsar och bildar en 1:a mindre än chansen att den blir 0. Och om de periodiska mätningarna görs tillräckligt snabbt, tenderar sannolikheten att en mätning ger en 1:a till noll.
I själva verket förhindrar processen med upprepad mätning att fotonen sönderfaller från en 0 till en 1. Det är kvantzenoeffekten, ibland även kallad watched-pot-never-boils-effekten.
Nu har Huang och co kommit på ett system som utnyttjar denna effekt för att skapa en switch. Grundidén är att ta en signalvåg i tillstånd 0 som kommer att avta eller utvecklas till en 1 när den passerar den genom en olinjär vågledare.
Huang och kompisar påpekar dock att mätning av vågen kommer att förhindra denna utveckling. De säger att de kan utföra denna mätning genom att få signalvågen att interagera med en annan kontrollvåg.
Så närvaron av kontrollvågen håller signalvågen i ett 0-tillstånd medan frånvaron av kontrollvågorna gör att signalvågen växlar till en 1. Och det är allt: en helt optisk switch som är interaktionsfri eftersom det är frånvaron av kontrollvågen som orsakar växlingen.
Den här enhetens potential är intressant eftersom den erbjuder ett antal viktiga fördelar jämfört med konventionella helt optiska switchar. För det första bör denna typ av omkopplare arbeta med extremt låg effekt eftersom det inte finns någon signalförlust associerad med omkopplingsprocessen. Det står i skarp kontrast till andra typer av växling där optiska förluster är en viktig begränsning av växlingsprestanda.
För det andra bevaras kvanttillståndet för signalvågen. Det är en biggie. Om den här typen av switch fungerar i praktiken kan den bli hjärtat av kvantroutrar som kommer att göra ett slags kvantinternet möjligt.
Det är dock tidiga dagar ännu. Huang och co har hittills endast undersökt egenskaperna hos sin enhet teoretiskt och andra är heta i hälarna och möjligen före dem.
Vad som är säkert är att vi sannolikt kommer att höra mycket mer mot zeno-switchar. Detta teams arbete finansieras av ett projekt som kallas Zeno-Based Optoelectronics-programmet som inrättats av Defense Advanced Projects Agency. Denna tidning är en av de första som kommer ut med det programmet. Riktiga enheter bör inte ligga långt efter.
Ref: arxiv.org/abs/1008.2408 : Interaktionsfri helt optisk växling via Quantum-Zeno Effect