Publication
Emulation of coherent absorption of Fock-state quantum light in a programmable linear photonic circuit, Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-026-72850-6
Publicerad 2026-05-19
Kvantteknik lovar helt nya typer av kraftfulla datorer och ger forskare verktyg för att efterlikna och utforska naturen på dess allra minsta skalor. Där styrs allt – från atomer och elektroner till ljuset självt – av kvantmekanikens ofta märkliga lagar. Men verkligheten är sällan perfekt. Signaler försvagas, energi läcker ut och system påverkas av brus från omgivningen.
– För att experiment ska säga något om hur naturen faktiskt fungerar, och inte bara om idealiserade laboratoriemodeller, måste vi förstå hur kvantsystem beter sig under sådana förhållanden, säger Govind Krishna , doktorand vid Kungliga Tekniska högskolan, KTH.
I en ny studie vid KTH har Krishna lett utvecklingen av ett chip som gör det möjligt att simulera hur många kvantsystem beter sig när de förlorar energi eller information till sin omgivning. Resultaten har publicerats i tidskriften Nature Communications..
Enligt Krishna stärker arbetet kvantdatorers roll som simulatorer av kvantsystem och kvantprocesser i naturen.
– Vår metod som gör det möjligt att på ett kontrollerat sätt testa hur ”imperfektioner” i kvantsystem fungerar, säger han. – Och till och med utforska idéer där dessa mperfektioner kan bli en tillgång, snarare än enbart ett problem som ska elimineras.
I studien används ljuspartiklar, så kallade fotoner, på chipet som ställföreträdare för partiklar i det system som modelleras. Det noggrant kontrollerade kvantsystemet gör det möjligt att återskapa och analysera hur fotoner beter sig i andra typer av system.
Enheten är en integrerad fotonisk krets. I den färdas ljus genom mikroskopiska strukturer, så kallade vågledare, på ett kiselchip – ungefär som elektricitet rör sig genom ledningar i ett datorchip. I experimenten lade forskarna till ett extra ”sidospår” som fungerar som en förlustkanal. Med hjälp av elektriska signaler kan de styra kopplingsstyrkan mellan huvudspåren och sidospåret.
– I många kvantexperiment nehandlas allt som avviker från den idealiserade standardbilden helt enkelt som förlust och ignoreras, säger Krishna.
– Vårt chip gör det möjligt att simulera dessa ickeideala processer på ett kontrollerat sätt.
En del av kvantljuset leds vidare till en separat utgång som representerar omgivningen, eller förlustkanalen. Denna kanal mäts för att följa fotonernas öde.
– Chipet fungerar lite som en programmerbar järnvägsväxel för kvantljus, säger Ali Elshaari , universitetslektor vid KTH och studiens huvudförfattare. – Genom att ändra styrsignalerna kan vi avgöra om fotonerna till största delen stannar kvar på huvudspåret, leds över till förlustkanalen eller hamnar i superpositioner som beror på deras kvantinterferens.
Även om studien främst fokuserar på grundläggande fysik och demonstration av principer, menar forskarna att resultaten är viktiga även för framtida kvanttekniska tillämpningar.
– Verkliga kvantenheter kommer alltid att ha läckage och brus, säger Jun Gao, medförfattare till studien och universitetslektor vid Huazhong University of Science and Technology i Wuhan, Kina. – Vårt chip ger oss ett kontrollerat sätt att studera hur kvantinformation flödar under sådana förhållanden, och när fenomen som tidigare bara setts som problem – till exempel förluster – i stället kan bli användbara resurser.
Emulation of coherent absorption of Fock-state quantum light in a programmable linear photonic circuit, Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-026-72850-6
此内容由惯性聚合(RSS阅读器)自动聚合整理，仅供阅读参考。 原文来自 — 版权归原作者所有。