7 oktober 2005
Natuurkundigen in Australi hebben een laserstraal vertraagd en
gevangen in een kristal, een prestatie die het mogelijk kan maken om
quantum computers te maken. De wetenschappers vertraagden de
laser-lichtstraal van 300.000 km per seconde tot enkele honderden
meters per seconde, wat hen in staat stelde de straal voor ongeveer een
seconde te vangen. Deze prestatie van vertraging is een nieuw
wereldrecord, maar de onderzoekers zijn meer opgewonden door het feit
dat ze er in zijn geslaagd om licht op te slaan en weer op te roepen,
een belangrijke stap in de richting van, zoals ze het noemen,
‘quantum-computing‘. ‘What we’ve done here is create a quantum memory’,
zei Dr. Matthew Sellars, een van de onderzoekers aan het Laser Physics
Centre van de Australian National University in Canberra. Het vertragen
van licht stond aan wetenschappers toe er informatie in op te slaan. De
informatie is vervolgens overgedragen van het licht naar een kristal.
Als de vertraging van het licht wordt opgeheven, wordt de informatie
opnieuw overgedragen, nu van het kristal op de laserstraal.
‘Digital information can be expressed with pulses of light. If we can
store the light pulses for a very long time, we have a memory that
operates on a quantum scale.’ zo stelt Sellars. Om het licht te
vertragen gebruikten de onderzoekers ‘a silicate crystal doped with a
rare-earth element called praseodymium. Laser light pulses fired at the
crystal are normally absorbed and don’t pass through’, zo legt Sellars
uit. ‘But when a secondary laser was directed at the crystal, it became
transparent, allowing light from the first laser to move through. To
store the light, the secondary laser was switched off, so the original
light pulse was trapped. The secondary laser was directed onto the
crystal once again to release the pulse.’ Wetenschappers kunnen
informatie op lichtstralen opslaan door gebruik te maken van photons,
die, ‘like all elementary particles, have spin.’ Spin geeft de photons
een natuurlijke orintatie, soortgelijk aan die van een kompas. De spin
kan op en neer gaan, daarbij een en nul representerend. Springen van
een naar nul heeft hetzelfde effect als het aan- en uitzetten van een
kleine transistor. In de wereld van de quantum mechanica kunnen
deeltjes zoals photons voortdurend worden gemanipuleerd en kunnen
gelijktijdig worden georinteerd totdat ze worden waargenomen of
gemeten. ‘This arrangement is known as quantum superposition, and
results in a unit of information known as a qubit (or a quantum bit),
instead of the traditional bit. The processing power of a quantum
system is a direct result of the superposition state. Since the qubit
can represent several values at once, a quantum system is exponentially
more efficient than its classical counterparts. Just 40 qubits would
equal the power of today’s supercomputers’, zo gaat Sellars verder.
‘We’re at the borderline from going from a few qubits to many more,’
stelt Raymond LaFlamme, directeur van het Institute of Quantum
Computing van de Universiteit van Waterloo in Otario (Canada). ‘But
from a conceptual point of view, we’re learning a new force of nature.’
Quantum computers zullen quantum mechanica gebruiken om zeer complexe
wiskundige berekeningen uit te voeren, zoals het kraken van de meest
complexe codes die de cryptografie kan bedenken met een onvoorstelbare
sneldheid. ‘The process of decryption and modifying information
security will be a
large application’, zegt LaFlamme. ‘Entities such as the National
Security Agency are very interested in building a quantum machine.’
Hoewel LaFlamme toegeeft dat de quantum technologie nog absoluut in de
kinderschoenen staat is volgens hem het Australische resultaat ‘a
milestone’ en geeft uitzicht op verdere vooruitggang in de toekomst.
‘The 19th century was the Industrial Age,’, zo stelt hij. ‘The 20th
century was hailed as the Information Age. I believe the 21st century
will be the Quantum Age.’
