Что такое квантовый генератор в майнкрафте

Квантовый генератор энергии

Квантовый генератор энергии.

Технология находится в процессе разработки и ожидает финансирования!

Квантовый генератор энергии – это генератор электроэнергии, основанный на использовании квантовых технологий. Имеет неограниченное время работы.

Квантовый генератор энергии

Преимущества квантового генератора энергии

Квантовый генератор энергии:

Квантовый генератор энергии – это генератор электроэнергии, основанный на использовании квантовых технологий. Правильнее назвать его было бы квантовый двигатель -генератор энергии.

Конструкция квантового двигателя-генератора энергии проста. Он состоит из квантового двигателя и электрического генератора. Сам квантовый двигатель не может непосредственно вырабатывать электрическую энергии, поскольку создает тягу и/или вращающий момент, который преобразуется в электрическую энергию.

В этом случае, квантовый двигатель работает в режиме полного вращающего момента, исключая режим тяги.

Квантовый генератор энергии следует отличать от квантового генератора, поскольку последний обозначает общее название источников электромагнитного-излучения, работающих на основе вынужденного излучения атомов и молекул: лазеров, мазеров, разеров и газеров.

Преимущества квантового генератора энергии:

– не требуется какое-либо топливо для работы квантового двигателя-генератора энергии,

– неограниченное время работы,

– высокая экологичность и безопасность.

квантовый генератор оптический излучения лазер ic2 майнкрафт 5 букв сканворд excalibur craft схема первый своими руками как сделать мазер материи случайных чисел света как работает
тепловой режим твердотельных оптических квантовых генераторов pdf как устроен
принцип действия работы создание крафт работа оптического квантового генератора
какое явление используется в оптических квантовых генераторах
презентация мод на оптические квантовые генераторы и их применение используются в лечебном методе реферат как пользоваться кратко
роль резонатора в квантовом генераторе

Собираем квантовый генератор случайных чисел

Цель этого проекта – создать настоящий квантовый генератор случайных чисел, то есть устройство, производящее на основе квантовых эффектов случайные числа. За реализацию случайности в нем будет отвечать ионизационная камера из пожарного извещателя.

Введение

Квантовая механика – это удивительная наука, выделяющаяся тем, что вносит поистине случайные процессы. К сравнению, в классической механике все перемещения определяются строго. Поэтому, хоть мы и не можем на практике предсказать итог броска монеты или игровых кубиков, теоретически можно в точности вычислить этот итог, если знать все задействованные в процессе силы. С другой стороны, результат единичных измерений в квантовой механике (насколько нам известно) наперед знать невозможно. В этом случае нам доступно лишь прогнозирование вероятности.

Задача проекта состоит в использовании этого свойства для создания настоящего квантового генератора случайных чисел. В качестве источника квантовой случайности я выбрал радиоактивный распад америция-241. Этот элемент используется в виде источника ионизации в ионизационных камерах пожарных извещателей. По факту ионизационные камеры можно использовать непосредственно.

Принцип действия

1. Подать на ионизационную камеру напряжение и усилить ток.
2. Измерить колебания тока, вызванные случайными флуктуациями радиоактивного распада.
3. Преобразовать колебания тока в поток битов.

Дьявол же, как обычно, кроется в деталях. Мне потребовалось провести немало экспериментов, чтобы эта схема заработала.

Ионизационная камера

Такую камеру с Am-241 оказалось несложно достать на eBay всего за несколько долларов. Она состоит из металлического корпуса (1), центрального электрода (2) и электрода с америцием (3):

Америций-241 является источником альфа-излучения. Альфа-частицы (показаны зеленым) ионизируют воздух в камере и делают его слабопроводящим. При подаче напряжения между электродами и/или корпусом начинает протекать слабый ток. Его сила зависит от количества ионов в воздухе, которое, в свою очередь, зависит от количества распадов Am-241 в секунду. Радиоактивный распад – это lдействительно случайный процесс, в связи с чем ток должен иметь соответствующие колебания.

Предусилитель

Ток, протекающий через ионизационную камеру, очень слаб. Чтобы повысить его до уровня, позволяющего выполнить измерение, я собрал предусилитель на биполярных транзисторах:

Для получения сильного тока транзисторы Q1 и Q2 сконфигурированы как пара Дарлингтона. Q3 привносит дополнительный этап усиления и вместе с R4 преобразует сигнал тока в напряжение относительно земли. R2 ограничивает максимум протекающего через Q1, Q2 и Q3 тока, поскольку даже небольшая его величина может привести к тому, что пара Дарлингтона станет полностью проводящей.

Эта схема очень чувствительна. Без экранирования она улавливает от всех окружающих устройств шум в 50 Гц:

А с должным экранированием производит сигнал со средним значением около 1.5В и колебанием порядка 100мВ:

Фильтр низких частот

Чтобы избавиться от шумов, проходящих экранирование, и преобразовать выход преда с высоким сопротивлением в сигнал с низким сопротивлением, следующим этапом на пути сигнала будет активный фильтр низких частот. Для его проектирования я использовал очень удобный онлайн-калькулятор, а в качестве частоты среза установил 33Гц.

Компаратор

Если мы хотим использовать аналоговый выход фильтра в качестве случайного потока битов, то нам нужно преобразовать его в цифровой сигнал. Для этого в качестве компаратора я использую OpAmp.

Выход повышается, если входной сигнал (приходящий слева) оказывается выше опорного напряжения (поступающего снизу слева) и понижается, если ниже. Переключатель SW1 служит для запуска генерации опорного напряжения при запитывании цепи. Перемычка JP2 также, как R10, R11 и R12 используется для тонкой настройки генератора опорного напряжения. Все это я объясню подробнее чуть позже.

Журнал проекта

Собранный на макетной плате комплект работает. Светодиоды произвольно мигают, и у меня есть цифровой выход случайных бит с открытым стоком. Измерения тока очень чувствительны, поэтому экранирование ионизационной камеры и предусилителя очень важно. Без него на выходе получаем только шум в 50Гц.

Канал 2 показывает выходной сигнал измеренного тока за вычетом смещения постоянного тока. Поскольку сигнал достаточно медленный, мне пришлось использовать осциллограф в режиме постоянного тока и добавить собственный RC фильтр верхних частот для повышения надежности измерений.

Канал 1 показывает цифровой выход схемы. Он генерируется путем сравнения аналогового выхода с опорным напряжением при помощи триггера Шмидта.

Теперь мне нужно задокументировать эту рабочую схему и перенести ее уже на более постоянную макетную плату.

Корпус

Параллельно с проверкой работоспособности схемы и устранением последних багов я также работаю над корпусом для устройства. Он немного тесноват, но все необходимое вполне в нем умещается.

Примечание: используемый автором датчик дыма является общедоступным и вполне может быть куплен на eBay, AliExpress и некоторых отечественных ресурсах. При этом нужно учитывать, что степень активности используемого в нем америция составляет 0.9 МКи. Законом же максимально допустимое значение активности америция-241 для источников, не требующих лицензирования, установлено в пределах 0.29 МКи. Таким образом, заказ и применение подобных датчиков могут быть сочтены незаконными.

Тема: Industrial Upgrade

Опции темы

• Версия для печати
• Отправить по электронной почте…
• Подписаться на эту тему…

Поиск по теме

Отображение

• Линейный вид
• Комбинированный вид
• Древовидный вид

Industrial Upgrade

Приветствую!
В этом гайде будет разобраны вещи и предметы, которые добавляет новый аддон к IC2 — Industrial Upgrade.

Начнём с руд, которые добавляет аддон. Теперь все ванильные и руды с IC2 можно добыть не только в обычном мире, но и в аду и энде. Новые руды — хромовая, магниевая, михаловая, иридиевая, вольфрамовая, шпинелевая. Также, руды с аддона издают слабое свечение, по которому их проще будет обнаружить в тёмных шахтах.

Читайте также  Форд фокус 2 замена ремня генератора без натяжителя

Теперь в Энергохранителях появился буфер хранения RF энергии помимо EU, позволяя запитывать RF механизмы напрямую, не создавая преобразователи энергии.

Добавляются новые виды кабелей, с описанием о кол-ве max проводящейся по ним энергии. Но т.к. на серверах отключено напряжение, то проводимость у всех одинакова. Можно использовать под декор.

Механизмы. В аддоне предусмотрены более эффективные приборы для переработок из IC2 (улучшенные, продвинутые и совершенные). Отличает их наличие большего кол-ва ячеек для переработки и буфера опыта, который появляется в процессе переработки материалов в механизме. Забрать опыт можно, нажав Шифт+ПКМ.

Для новых и старых приборов также имеются новые улучшения ускорения. Более продвинутые приборы не работают, если в нём больше 7 обычных улучшений Ускорение, поэтому их можно заменить на улучшенные, которые гораздо эффективнее.

Генераторы материи. Новые генераторы материи более рациональнее используют энергию, на практике, к примеру, обычный генератор вырабатывает примерно в 2.6 раз материи меньше, чем самый лучший в аддоне(совершенный).

Производитель сплавов. Аналог индукционной печи из Thermal. Можно ускорить с помощью ускорителей, работает на EU энергии, что делает создание создание некоторых слитков(электрумовые, закалённой стали и инваровых) гораздо быстрее.

Генератор булыжника. Аналог вулканического пресса, который создаёт булыжник из энергии, процесс генерации также можно ускорить новыми улучшениями ускорения. Можно создать очень быструю ферму утильсырья всего из 2 механизмов.

Броня и инструменты.

Спектральная броня. Сохраняет все эффекты квантовой, имеет повышенный буфер хранения энергии (по 100м каждый компонент)

Квантовая/Спектральная сабля. Наносят 40 и 60 урона соответственно.

Нано-инструменты. Имеют встроенные зачарования: Эффективность 1, Удача 1, а также 2-3 режима: big holes(3*3), normal, ores(у кирки, позволяет не добывать камень). Для работы тратят энергию.

Квантовые инструменты. Отличаются от предыдущих уровнем зачарования: Эффективность 3, Удача 2. Режимы те же, у топора добавляется режим Tree, позволяющий срубать дерево с листвой целиком.

Спектральный инструменты. Зачарования: Эффективность 5, Удача 3. Все режимы те же, что и у квантовых.

Террастальный бур. Имеет 4 режима: normal, light, 3*3, 5*5.

Продвинутый мультиинструмент. Имеет 7 режимов: normal, light, ores, treee, 3*3, 5*5, 7*7.

Дополнения для Draconic evolution.

Броня хаоса. Имеет повышенное кол-во щитов(1040 в полном сете), режимы те же, что и у обычной. В полной прокачке даёт 2680 щитов и быструю регенерацию щитов.

Инструменты хаоса.
Меч хаоса. Сток — 90 урона, область атаки 5 блоков. В полной прокачке может наносить 230 урона, имеет область атаки 21 блок.

Кирка хаоса. Сток — область копания 7*7, глубина копания 5 блоков. В полной прокачке — 15*15, глубина — 9 блоков.

Топор хаоса. Сток — область копания 5*5, глубина 1 блок, имеет режим срубки всего дерева. В полной прокачке — 9*9, глубина 7 блоков.

Лопата хаоса. Сток- область копания 15*15, глубина 5 блоков. В полной прокачке — 23*23, глубина 9 блоков.

Посох хаоса. Сток — область копания 11*11, глубина 11 блоков, урон 140, область атаки 15 блоков. В полной прокачке — копание 15 блоков в кубе, при прокачке на урон — 620 единиц.

Лук хаоса. Сток — 15 осн. урона, 700% скорость стрелы. В прокачке — 50 осн. урона, 1100% скорости стрелы.

Хаотический флаксовый конденсатор. Сток — вместимость 375М RF. В прокачке — 2.147B(млрд) RF.

Новые панели.

Объединитель панелей. Объединяет показатели положенных в него панелей (по 2 на слот).

Модуль беспроводной связи. Передаёт энергию от панели к хранилищу энергии. Для соединения нужно привязать модуль, положив его в соответствующий слот в Энергохранителе(к примеру MFSU), затем в слот оборудования у панелей.

Модули генерации +20% днём и ночью. Увеличивают генерацию энергии у панелей на 20% в эти время суток. Максимум 1 модуль на 1 слот.

Модуль хранилище энергии. Увеличивает вместимость внутреннего буфера энергии у панели на 20%. Максиму 1 модуль на слот.

Модуль выход. Увеличивает кол-во энергии, которую панель может выдать на 20%.

Модуль тип-воздух. Увеличивает генерацию в 2х раза, если панель расположена на высоте выше 130 блоков. Меняет GUI. Ставится в последний слот.

Модуль тип-земля. Увеличивает генерацию в 2х раза, если панель расположена на высоте ниже 30 блоков. Меняет GUI. Ставится в последний слот.

Модуль тип-незер. Увеличивает генерацию в 2х раза, если панель расположена в аду. Меняет GUI. Ставится в последний слот.

Модуль тип-край. Увеличивает генерацию в 2х раза, если панель расположена в энде. Меняет GUI. Ставится в последний слот.

Модуль тип-ночная, дневная. Увеличивает коэффциент в 2х раза ночью/днём. Ставится в последний слот.

Модуль тип-дождевая. Увеличивает коэффициент в 2х раза во время дождя. Меняет GUI. Ставится в последний слот.

Модули панелей. Увеличивает параметры панели на те, из которой создавался модуль. Модули встраиваются в панели такого же ранга и выше. Модуль нейтронной панели не будет, к примеру, работать в фотонной панели. Можно хранить панели низшего и такого же ранга в 1-ой.

Модуль приватность. Не даёт другим игрокам заходить в панель, а также скручивать, кроме владельца.

Модуль повышения уровня панели. У каждой панели есть уровень, у улучшенной 1-ый. Позволяет повысить уровень на 1 за каждое улучшение в слоту, и тем самым, позволяя использовать модули панелей высших уровней в более слабой. Улучшенная панель снаружи, фотонная по показателям.

Модуль понижения уровня. Понижает уровень панели на 1.

Модуль RF энергия. Позволяет менять тип энергии, которую. генерирует панель EU/RF. Для этого есть кнопка «Сменить режим».

Модуль зарядка предметов. Позволяет заряжать предметы прямов панели. В комбинации с предыдущим позволяет заряжать RF инструменты и вещи.

Модуль — мгновенная беспроводная зарядка брони. Кладётся в хранилище энергии. Надев броню и нажав шифт+ПКМ по хранилищу, зарядится надетая броня.

Модуль — мгновенная беспроводная зарядка брони RF. Аналог свыше, заряжает RF броню, например, драконью.

Модули мгновенная беспроводная зарядка инструментов EU/RF. Заряжает все вещи в инвентаре EU/RF энергией при нажатии Шифт+ПКМ.

Модуль переплавка руд. Кладётся в квантовый карьер, плавит добытые руды автоматически.

Модули эффективности 1-5. Уменьшает расходы энергии при работе квантового карьера => быстрее добывает ресурсы.

Альтернативные источники энергии

Новые роторы для кинетического ветрогенератора.
Виды роторов по увеличению выхода энергии: иридиевый, ротор из сжатого иридия, спектральный, мистический, фотонный, нейтрониевый, адронный, барионный, спренгерный.

Выход в EU/t каждого из них(тестировалось при скорости ветра 50-70 MCW):

Спренгерный — 35300
Барионный — 25000
Адронный — 19400
Нейтрониевый — 8000
Фотонный — 6800
Мистический — 5700
Спектральный — 4550
Из сжатого иридия — 3400
Иридиевый — 2280
Углеволоконный — 740
Стальной — 510
Железный — 270
Деревянный — 170

Реакторные стержни. Добавлены протонные, террастальные, ториевые стержни. С террастальных отработанных стержней можно добывать террасталь. Остальные — аналог плутониевых — чем выше температура ядра реактора, тем больше выход энергии.

На этом пока всё. С появлением новой информации, гайд будет дополняться.

Последний раз редактировалось Neme3is; 27.07.2021 в 18:36 . Причина: Добавлена информация о выходе роторов

Квантовые генераторы

В квантовых генераторах для создания электромагнитных ко­лебаний используется внутренняя энергия микросистем — атомов, молекул, ионов.

Квантовые генераторы называют еще лазерами. Слово лазер составлено из начальных букв английского названия квантовых генераторов — усилитель света за счет создания стимулированно­го излучения.

Принцип действия квантового генератора состоит в следующем. При рассмотрении энергетической структуры вещества было по­казано, что изменение энергии микрочастиц (атомов, молекул, ио­нов, электронов) происходит не непрерывно, а дискретно — пор­циями, названными квантами (от латинского quantim — количе­ство) .

Микросистемы, в которых элементарные частицы взаимодейст­вуют между собой, называются квантовыми системами.

Переход квантовой системы из одного энергетического состоя­ния в другое сопровождается излучением или поглощением кван­та электромагнитной энергии hv: Е₂— Ei=hv, где Е₁ и Е₂— энер­гетические состояния: h — постоянная Планка; v — частота.

Известно, что наиболее устойчивым состоянием любой систе­мы, в том числе атома и молекулы, является состояние с наимень­шей энергией. Поэтому каждая система стремится занять и со­хранять состояние с наименьшей энергией. Следовательно, в нор­мальном состоянии электрон движется по наиболее близкой к ядру орбите. Такое состояние атома называется основным или ста­ционарным.

Под действием внешних факторов — нагрева, освещения, элек­тромагнитного поля — энергетическое состояние атома может из­меняться.

Если атом, например, водорода взаимодействует с электромаг­нитным полем, то он поглощает энергию Е₂ — E₁ = hv и его элек­трон переходит на более высокий энергетический уровень. Такое состояние атома называется возбужденным. В нем атом может находиться некоторое очень малое время, называемое временем жизни возбужденного атома. После этого электрон возвращает­ся на нижний уровень, т. е. в основное устойчивое состояние, от­давая избыток энергии в виде излучаемого кванта энергии — фо­тона.

Излучение электромагнитной энергии при переходе квантовой системы из возбужденного состояния в основное без внешнего воз­действия называется самопроизвольным или спонтанным. При спонтанном излучении фотоны испускаются в случайные моменты времени, в произвольном направлении, с произвольной поляриза­цией. Поэтому оно называется некогерентным.

Однако под действием внешнего электромагнитного поля элек­трон может быть возвращен на нижний энергетический уровень еще до истечения времени жизни атома в возбужденном состоя­нии. Если, например, два фотона воздействуют на возбужденный атом, то при определенных условиях электрон атома возвращается на нижний уровень, излучая квант в виде фотона. При этом все три фотона имеют общую фазу, направление и поляризацию из­лучения. В результате энергия электромагнитного излучения ока­зывается увеличенной.

Излучение электромагнитной энергии квантовой системой при снижении ее энергетического уровня под действием внешнего элек­тромагнитного поля называют вынужденным, индуцированным или стимулированным.

Индуцированное излучение совпадает по частоте, фазе и на­правлению с внешним облучением. Отсюда такое излучение на­зывают когерентным (когерентность—от латинского cogerentia — сцепление, связь).

Так как на стимулирование перехода системы на более низ­кий энергетический уровень энергия внешнего поля не затрачива­ется, то электромагнитное поле усиливается и его энергия возра­стает на значение энергии излучаемого кванта. Это явление ис­пользуется для усиления и генерирования колебаний с помощью квантовых приборов.

В настоящее время лазеры изготовляют из полупроводниковых материалов.

Полупроводниковым лазером называют полупроводниковый прибор, в котором происходит непосредственное преобразование электрической энергии в энергию излучения оптического диапа­зона.

Для работы лазера, т. е. для того, чтобы лазер создавал элек­тромагнитные колебания, необходимо, чтобы в его веществе воз­бужденных частиц было больше, чем невозбужденных.

Но в нормальном состоянии полупроводника на более высо­ких энергетических уровнях при любой температуре количество электронов меньше, чем на более низких уровнях. Поэтому в нор­мальном состоянии полупроводник поглощает электромагнитную энергию.

Наличие электронов на том или ином уровне называется насе­ленностью уровня.

Состояние полупроводника, в котором на более высоком энер­гетическом уровне находится больше электронов, чем на более низком уровне, называется состоянием с инверсной населенностью. Создавать инверсную населенность можно различными способа­ми: с помощью инжекции носителей заряда при прямом включе­нии р — я-перехода, путем облучения полупроводника светом и т. д.

Источник энергии, создавая инверсию населенностей, выполня­ет работу, передавая энергию веществу и далее электромагнитно­му полю. В полупроводнике с инверсной населенностью можно получить вынужденное излучение, так как в нем имеется боль­шое количество возбужденных электронов, которые могут отдать свою энергию.

Если полупроводник с инверсной населенностью облучить элек­тромагнитными колебаниями частотой, равной частоте перехода между энергетическими уровнями, то электроны с верхнего уров­ня переходят на нижний вынужденно, излучая фотоны. При этом происходит вынужденное когерентное излучение. Оно является усиленным. Создав в таком устройстве цепь положительной обрат­ной связи, получим лазер — автогенератор электромагнитных ко­лебаний оптического диапазона.

Для изготовления лазеров чаще всего используют арсенид гал­лия, из которого изготовляют кубик со сторонами длиной в не­сколько десятых долей миллиметра.

Глава 4. СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ ПЕРЕДАТЧИКОВ

|	следующая лекция ==>
Генераторы ультракоротких волн	|	Дестабилизирующие факторы и параметрические способы стабилизации частоты

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Российские учёные нашли самую дешёвую энергию

Представьте, что есть новый дешёвый и экологичный вид энергии. Благодаря ему мы пользуемся сверхэкономным электричеством, создаём двигатели нового типа и запускаем в космос ракеты без использования традиционного топлива. Звучит фантастически? Только это может стать реальностью благодаря квантовому генератору нового типа. Когда же он появится?

Что такое квантовый генератор

Квантовый генератор — это устройство, генерирующее электромагнитные колебания, которые совпадают по частоте и фазе. Есть 5 видов квантовых генераторов. Их классифицируют по диапазону волн так:

• микроволновой — мазер;
• оптический — лазер;
• рентгеновский — разер;
• гамма-диапазон — газер;
• нанометровый — назер.

NASER — это квантовый генератор на основе нового физического принципа получения электромагнитного излучения. Это изобретение откроет новые горизонты в развитии науки и техники для всего мира. Именно о нём пойдёт речь дальше.

Кто создаёт квантовый генератор нового поколения

Идея изобретения принадлежит учёному Андрею Пастухову. Работать над созданием экологичного источника энергии он начал ещё в 2013 году. Через 4 года в городе Таллин Пастухов с партнёрами основал компанию NASER Technology. Там и были созданы первые прототипы квантового генератора NASER.

«NASER кардинально отличается от всех известных в настоящее время квантовых генераторов. Он простой в технической реализации и не требует высоких энергий и низких температур. Новый квантовый генератор позволяет получать электромагнитное излучение большой мощности в нанометровом диапазоне», — сообщается на официальном сайте компании.

Области использования

По мнению экспертов, перспективы квантового генератора NASER велики. Использовать изобретение можно в разных сферах. Например, в химии, фармацевтике, двигателестроении, металлургии, нефтегазовой промышленности, электроэнергетике и электротехнике. Благодаря NASER станет возможным улучшение экологической ситуации и здоровья каждого человека.

Что уже разработано учёными

За 3 года существования компании NASER Technology учёные создали 5 прототипов квантовых генераторов будущего:

1. Двигатель NASER.Engine на основе электромагнитного излучения нанометрового диапазона, не содержащий ферромагнитных деталей;
2. Прототип промышленного аппарата NASER.NHS для производства гидрозолей с наночастицами металлов и минералов, обладающих уникальными антисептическими и антибактериальными свойствами.
3. Действующий макет устройства NASER.Oil для разрушения веществ электромагнитным излучением (газов, жидкостей, углеводородов, минералов, металлов). Благодаря ему улучшается экологическое состояние.
4. Лабораторная модель источника питания NASER.CCAT для автокатодных люминесцентных ламп — источников света на порядок экономичнее светодиодов.
5. Лабораторная модель прибора NASER.Med для локального регулируемого нагрева тканей живых организмов до требуемой температуры.

Учёные не останавливаются на достигнутом и продолжают усердно работать. Остаётся надеяться, что им удастся усовершенствовать и масштабировать эти прототипы.

Использование технологии NASER способно начать новую технологическую эпоху и изменить ход истории. Ведь полученная энергия от нового квантового генератора будет создавать тягу мощнее всех известных. То есть такие вещи, как сверхэкономия на электричестве, новые типы двигателей и использование ракет на альтернативном топливе перестанут быть для нас недосягаемой фантастикой.

В IT-сфере тоже есть продукт, способный изменить современное интернет-пространство. Речь об антисоцсети SFERA. Чтобы узнать, какие задачи решит платформа, перейдите на наш YouTube-канал SFERA project.

• Авиационное чудо России

• Россия развивает собственные информационные технологии, МЦСТ выпустит «Эльбрус-32С» на 7 нанометрах.

Материал создан при поддержке проекта SFERA

Физики построили первый универсальный генератор запутанных фотонов

Hui Wang et al. / Physical Review Letters, 2019

Китайские физики построили первый генератор запутанных фотонов, который удовлетворяет четырем ключевым критериям: работает только «по требованию», создает фотоны с высокой степенью запутанности, неразличимости и эффективности. До этого ученым удавалось добиться только трех из этих критериев. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Запутанные фотоны — пара частиц, которые находятся в скоррелированных квантовых состояниях, — играют в современной физике очень важную роль. С одной стороны, благодаря запутанным фотонам удалось доказать нелокальность квантовой механики, то есть отсутствие «скрытых параметров», предложенных Альбертом Эйнштейном. С другой стороны, без запутанных пар практически невозможно реализовать квантовую связь и квантовую телепортацию, а также построить квантовые компьютеры, соединенные с квантовым интернетом. Кроме того, с помощью запутанных частиц можно повысить точность измерений и ускорить сбор информации о системе (эти возможности изучает квантовая метрология).

Для всех этих целей важно качество запутанных фотонов, которое определяется следующими четырьмя факторами. Во-первых, генератор должен производить фотоны, квантовое состояние которых совпадает с максимально запутанным состоянием Белла. Степень этого совпадения измеряется параметром «верности» (fidelity): для запутанных состояний этот параметр равен единице, для абсолютно случайных состояний — нулю. Во-вторых, генератор должен генерировать фотоны «по требованию» (on-demand generation), то есть испускать только одну запутанную пару за раз и включаться только в те моменты, когда это нужно для опыта. В-третьих, все испущенные фотоны должны быть извлечены из источника и собраны с высокой степенью эффективности. Другими словами, они не должны поглощаться и теряться внутри генератора. Наконец, запутанные фотоны, испущенные генератором в разные моменты времени, должны быть абсолютно неразличимыми. Если какое-то из этих условий нарушено, физикам приходится искусственно его восстанавливать, отсеивая лишние фотоны. Это усложняет установку и уменьшает число эффективно производимых запутанных пар.

К сожалению, до последнего времени не существовало генератора запутанных фотонов, который удовлетворял бы всем четырем требованиям. Более того, генератор, который удовлетворяет хотя бы трем из четырех требований, удалось построить только в прошлом году. Для этого группа физиков под руководством Цзянь-Вэй Паня (Jian-Wei Pan) использовала процесс спонтанного параметрического рассеяния (подробности можно найти в методичке Алексея Калачёва). Настраивая параметры среды, ученым удалось добиться сравнительно высокой «верности» (57 процентов), эффективности (97 процентов) и неразличимости (96 процентов). К сожалению, в ходе спонтанного параметрического рассеяния запутанные пары рождаются случайно, а не «по требованию», и сопровождаются большим потоком нежелательных незапутанных пар. Поэтому в тот раз исследователи не смогли выполнить второе условие.

В новой же статье группа Паня впервые описывает генератор запутанных фотонов, которые удовлетворяют всем четырем необходимым условиям. На этот раз ученые генерировали фотоны с помощью квантовой точки, помещенной в оптическую полость — «яблочко» круглой мишени диаметром порядка десяти микрометров. Квантовая точка — это область полупроводника, в которой носители заряда (электроны или дырки) ограничены по трем направлениям; более подробно про квантовые точки можно узнать из рассказа физика Михаила Киселева. В данной работе полупроводником выступал арсенид галлия-индия InGaAs.

Микрофотография установки (a), схема прибора, вид сбоку (b) и распределение интенсивности электромагнитного поля, собираемого линзой (c)

Hui Wang et al. / Physical Review Letters, 2019

Преимущество квантовых точек перед другими генераторами запутанных фотонов заключается в том, что они практически сразу удовлетворяют трем из четырех критериев. В самом деле, квантовая точка испускает пару запутанных фотонов за счет распада возбужденного состояния, которое предварительно нужно создать, посветив на точку лазером. Следовательно, управлять производством запутанных пар сравнительно легко. Кроме того, «верность» и неразличимость фотонов, производимых таким путем, сравнительно высока: например, в прошлом году группа физиков под руководством Даниэля Хубера (Daniel Huber) получила для этих параметров значения 98 и 93 процента соответственно. Единственный параметр, который оставалось «докрутить» ученым — это эффективность извлечения запутанных фотонов. Для этого физики положили под квантовую точку золотое зеркало, поместили ее в «яблочко» круглой мишени, составленной из полимерных колец, и поместили над точкой собирающую линзу. Согласно расчетам ученых, такая конструкция должна довести эффективность извлечения фотонов до 90 процентов. Кроме того, она должна в 20 раз увеличить скорость генерации запутанных фотонов, что тоже важно для практических применений.

Построенная учеными установка генерировала фотоны с «верностью» и неразличимостью порядка 90 процентов, эффективностью извлечения 62 процента и скоростью генерации 59 процентов (то есть создавала запутанные пары только «по требованию»). Стоит отметить, что ни одно из этих чисел не является рекордным, однако добиться таких высоких результатов одновременно ранее никому не удавалось. Таким образом, разработанный физиками генератор — первый генератор, который удовлетворяет всем четырем ключевым критериям.

С каждым годом физики все больше и больше совершенствуют генераторы запутанных фотонов. Например, в июне 2018 исследователи из Технического университета Делфта (Нидерланды) впервые построили квантовую сеть, которая непрерывно генерировала и передавала запутанные состояния со скоростью, превышающей скорость их декогеренции (разрушения). По словам ученых, это открытие — первый шаг на пути к квантовому интернету. А в июле 2018 австрийские физики заставили квантовую точку излучать запутанные фотоны с рекордно высоким значением «верности» f ≈ 0,98, не прибегая к постобработке сигнала. В новой статье группа Паня развивала именно этот подход.

О том, как физики изучают нелокальность квантовой механики и «телепортируют» состояния частиц с помощью запутанных фотонов, подробно рассказывают материалы «Квантовая азбука: Нелокальность» и «Квантовая азбука: Телепортация». А узнать, как устроена первая в России линия квантовой связи, по которой передают запутанные фотоны, можно в материале «Выдергиваете и сжигаете».