Met de quantummechanica het lab in

Vergelijkbare documenten
Met de quantummechanica het lab in

Met de quantummechanica het lab in

Q-bits en Quantumcomputers

Het vreemde van de Quantum mechanica

Teleportatie op de quantum computer

Samenvatting. Lichtverstrooiing met verstrengelde fotonen: een heuristische benadering

: Toeval en/of determinisme in de natuurwetenschap (Deel II)

Quantum computing. Dirk Nuyens. dept. computerwetenschappen KULeuven.

Uitwerkingen tentamen Optica

Uitwerkingen Hertentamen Optica

Tentamen Optica. 20 februari Zet je naam, studentennummer en studierichting bovenaan elk vel dat je gebruikt. Lees de 6 opgaven eerst eens door.

Uitwerkingen tentamen optica

Quantum-computing toegepast op het n-queens probleem

Uitwerkingen Tentamen Optica

Faculteit Biomedische Technologie Tentamen OPTICA (8N040) 26 juni 2012, 14:00-17:00 uur

Hertentamen Optica,11 april 2016 : uitwerkingen

ProefToelatingstoets Wiskunde B

Faculteit Biomedische Technologie. 9 april 2018, 18:00-21:00 uur

QUANTUMFYSICA DE EPR-PARADOX. Naam: Klas: Datum:

Innovatie. prof.dr.ir. Han Gerrits. Vrije Universiteit Amsterdam Innovation Factory INNOVATION FACTORY

Quantum computation and spin manipulation Hams, Antoon Hendrik

, met ω de hoekfrequentie en

34 e Internationale Natuurkunde Olympiade Taipei, Taiwan Experimentele toets Woensdag 6 augustus 2003 Beschikbare tijd: 5 uur. Lees dit eerst!

Astronomische Technieken Hovo Cursus Prof.dr. Paul Groot (RU) Dr. Gijs Nelemans (RU)

De Kwantumcomputer. Patrick De Causmaecker Katholieke Universiteit Leuven Campus Kortrijk

Tentamen Optica. 19 februari 2008, 14:00 uur tot 17:00 uur

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Opgave 2 Het beeld van de gasvlam is vrij plat. Het beeld dat een hologram maakt, heeft vaak veel meer diepte.

Geldwisselprobleem van Frobenius

Quantum Computing. Harry Buhrman. CWI & Universiteit van Amsterdam

Uitwerking- Het knikkerbesraadsel

Uitwerkingen Tentamen Optica

Polarisatie. Overig Golven, Polarisatie,

natuurkunde vwo 2018-II

2.1 Bewerkingen [1] Video Geschiedenis van het rekenen ( 15 x 3 = 45

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN

Trillingen en geluid wiskundig

Wanneer zijn veelvouden van proniks proniks?

Geleid herontdekken van de golffunctie

LES: Vier op een rij. BENODIGDHEDEN Per leerling werkblad Vier op een rij (zie p. 5) kleurpotloden, potlood en gum AFBEELDING SPELLETJE

Technische Universiteit Eindhoven

QUANTUMFYSICA FOTOSYNTHESE. Naam: Klas: Datum:

Het circulair polarisatiefilter

Quantummechanica voor jong en oud. Gerard Nienhuis Huygens Laboratorium Universiteit Leiden

Samenvatting. Inleiding

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Technische Natuurkunde

Naam: Klas: Toets Eenvoudige interferentie- en diffractiepatronen VWO (versie A)

5S Simula)e spel Werkplekorganisa)e. Het 5S getallen spel

Exact Periode 5.2. Licht

Fotonische geïntegreerde circuits en vezelkoppelaars gebaseerd op InP gebonde membranen

Een quantum trukendoos: licht, atomen, chips

FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE. Kenmerk: /Gor/Hsa/Rrk. Datum: TENTAMEN

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

UvA-DARE (Digital Academic Repository) Quantum Algorithms and Quantum Entanglement Terhal, B.M. Link to publication

Quantum theorie voor Wiskundigen. Velden en Wegen in de Wiskunde

Uitwerkingen toets 12 juni 2010

Verticaal gekoppelde microringresonatoren gefabriceerd met waferbonding

Opgaven Getaltheorie en Cryptografie (deel 4) Inleverdatum: 13 mei 2002

Examen Complexe Analyse (September 2008)

Faculteit Technische Natuurkunde Tentamen OPTICA voor BMT (3D010) 22 juni 1999, 14:00-17:00 uur

Faculteit Biomedische Technologie. 5 november 2015, 9:00-12:00 uur

Vrijdag 8 juni, uur

Quantum Mechanica. Peter van der Straten Universiteit Utrecht. Peter van der Straten (Atom Optics) Quantum Mechanica November 20, / 14

Compacte vlakkegolfgeleiderkoppelingen. silicium-op-isolator

Het computationeel denken van een informaticus Maarten van Steen Center for Telematics and Information Technology (CTIT)

Quantummechanica 5/6 VWO

Werkblad 2.2: Doppelspalt Simulatie voor Fysische Optica en voor Quantum Verschijnselen 1

Noordhoff Uitgevers bv

QUANTUMFYSICA QUANTUMTOESTANDEN. Naam: Klas: Datum:

Tentamen. Kwantumchemie & Fysica (4051QCHFY-1314FWN) Datum: 10 April Tijd/tijdsduur: 3 uur

De ulaeme Bell test : spooky acaon over de TU Del2 campus

Indeterminisme en Waarschijnlijkheid In de Quantamechanica. 26 November 2014

Hertentamen Optica. 20 maart Zet je naam, studentennummer en studierichting bovenaan elk vel dat je gebruikt. Lees de 6 opgaven eerst eens door.

Quantum aanvallen op de 3-round Feistel Cipher

Naam: Klas: Toets Holografie VWO (versie A) Opgave 1 Geef van de volgende beweringen aan of ze waar (W) of niet waar (NW) zijn. Omcirkel je keuze.

Einstein op de helling

Proefopstelling, stopwatch, meetlint, massabalans, dubbelzijdig tape, statief, schroevendraaier en gewichtjes

Cryptografische beveiliging op het Internet

Hoofdstuk 1 : Vectoren (A5D)

2 Elementaire bewerkingen

Performantie-analyse van een uitleessysteem voor optische schijven gebaseerd op een multimodale golfgeleider

Noordhoff Uitgevers bv

Antwoorden. 1. Rekenen met complexe getallen

DEC SDR DSP project 2017 (2)

In het internationale eenhedenstelsel, ook wel SI, staan er negen basisgrootheden met bijbehorende grondeenheden. Dit is BINAS tabel 3A.

1.1 Lineaire vergelijkingen [1]

Elementaire Deeltjesfysica

2 n 1. OPGAVEN 1 Hoeveel cijfers heeft het grootste bekende Mersenne-priemgetal? Met dit getal vult men 320 krantenpagina s.

Klassieke en Kwantummechanica (EE1P11)

Niet-lineair gedrag in een halfgeleider optische versterker en laser diode gebaseerd terugkoppelingsschema

HAVO & VHBO 1995 Natuurkunde tijdvak 1

FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE. Kenmerk: /vGr. Datum: 24 juli 2000 TENTAMEN

Overaftelbaar oneindig veel getalsontwikkelingen. Hans Fritzsche

1 Vlaamse Wiskunde Olympiade : Tweede Ronde.

Probing Light Emissions at the Nanoscale with Cathodoluminiscence B.J.M. Brenny

Masterclass Technology Trend Monitoring

WISB134 Modellen & Simulatie. Lecture 11 - Dynamica van lineaire differentiaalvergelijkingen in twee dimensies

Ontwikkeling van 2D en 3D Monte Carlo Algoritmes om Ionentransport te Simuleren in Isotrope en Anisotrope Media.

Getallenleer Inleiding op codeertheorie. Cursus voor de vrije ruimte

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 21 januari 2005 van 14:00 17:00 uur

Transcriptie:

Met de quantummechanica het lab in Verstrengelde fotonen en Quantum informatie Computers in the future may weigh no more than.5 tons (Popular Mechanics, forecasting the relentless march of science, 949) I think there is a world market for maybe five computers. Thomas Watson, chairman of IBM, 943. sneller kleiner krimpende computer m nm Elke ½ jaar verdubbelt de snelheid van microprocessoren Sneller = kleiner

Naar de quantum limiet Quantum technologie Zijn er beperkingen? Rekenen volgens Turing (traditioneel) Tussentoestanden Input Output

Ontbinden in priemfactoren Ontbind een getal N bestaande uit L cijfers: N L. Aantal vereiste delingen ongeveer gelijk aan N ½ L/ (grofweg moet je alle priemgetallen die kleiner zijn dan. N ½ proberen). Aantal delingen neemt dus enorm snel toe. Voorbeeld: Getal van cijfers, testen met 6 delingen per seconde. Geschat benodigde aantal tests: 5. Tijdsduur: 44 seconden. Ouderdom van heelal 7 seconden. Lukt dus niet! Je kan grote getallen die het produt zijn van twee priemfactoren dus prima gebruiken voor secure informatie overdracht. Vinden van priemfactoren 87888687 448595656 6445955667 8567694 349774 55666544 448387347 59833377 88879665638 3488557 =?? Het grootste getal dat in zijn priemfactoren is ontbonden bestaat uit 9 cijfers! (dat is dit getal)!

Vinden van priemfactoren 87888687 448595656 6445955667 8567694 349774 55666544 448387347 59833377 88879665638 3488557 = 3968599945959 7454966 6883786675 7644986 4835555743 4553449864673 5978843686 89774488643 5636356 9699944599 Shor 94 Het vinden van de juiste sleutel Klassieke methode: Probeer elke sleutel tot er een past.

Slimmer: Probeer ze alle tegelijk! (de quantum-truc)

Quantum computation A A A 3 A 4 Amplitude = AA + AA 3 4 Waarschijnlijkheid = AA + AA + Re 3 4 = A A + A A 3 4 * * ( AAA 3A4) gevoelig voor het uit-fase raken Een computer die met quantum toestanden werkt is krachtiger dan elke klassieke computer die we ons kunnen voorstellen. Feynman 8 Deutsch 85 Shor 94 Maar het aantal problemen waar een q-computer zinvol bij ingezet kan worden is beperkt.

Quantum objecten Voorbeeld: een enkel foton op een bundelsplitser 5% Stuur enkel foton poort in. Meting: 5% kans op klik bij detector en 5 % kans op klik bij detector. Vraag: Gaat het foton echt óf omhoog, óf rechtdoor? 5% Antwoord: nee, want het foton gaat zowel omhoog als rechtdoor... A Fotonen Stel dat het foton, dat poort ingaat bij de bundelsplitser rechtdoor gaat. In de helft van de gevallen verwacht je dat detector klikt, en in de andere helft dat detector klikt. Dit geldt ook als het foton bij de bundelsplitser het pad omhoog had gekozen. Je verwacht dus altijd dat in de helft van de gevallen detector klikt en in de andere helft detector. In werkelijkheid klikt voor elk foton van ingang detector. Maar als je een van de twee lichtpaden onderbreekt dan klikken beide detectoren, elk met een waarschijnlijkheid van ½. Detector gaat klikken als of het onderste, of het bovenste pad wordt geblokkeerd!

Quantum voorwerpen A Detector gaat klikken als of het onderste, of het bovenste pad wordt geblokkeerd! Blijkbaar moeten beide paden beschikbaar zijn om er voor te zorgen dat detector niet klikt. Dit laat zien dat er interferentie optreedt; d.w.z. golfaspecten spelen een rol. Klassieke en quantumbits Een klassiek bit heeft de waarde of de waarde. Mogelijke toestanden van een quantumbit zijn > en >. Andere toestanden zijn ook mogelijk, b.v. ψ = α + α Hier staat dat het quantumsysteem tegelijk in beide toestanden kan verkeren; het verkeert in een zogenaamde coherente superpositie van de toestanden > en >. Als we aan het quantumbit in de toestand ψ meten, vinden we, met een waarschijnlijkheid α, de waarde, en, met waarschijnlijkheid - α, de waarde. We kunnen niet meer te weten komen over de toestand van een enkel qubit.

Q-bits Het essentiële van q-bits is dat ze zowel de toestand > als de toestand > bevatten. Als je de quantummechanica laat werken, gebeurt er zowel iets met toestand > als met toestand >. Twee Q-bits: ψ = c + c + c3 + c4 toestanden Drie Q-bits: ψ = c + c + c3 + c4 3 toestanden + c + c + c + c Een n-qubit toestand bevat n.l. informatie over n toestanden tegelijk. 5 6 7 8 Vier Q-bits: ψ = c + c + c3 + c4 + c5 + c + c + c + c + c 6 7 8 9 + c + c + c + c + c + c 3 4 5 6 n = 3 Gigabit Elk extra q-bit verdubbelt de rekenkracht van de machine. 4 toestanden q-bit systeem Veel van het aardige van de quantumcomputer kan je al leren van het q-bit systeem. Voor zo n systeem heb je basistoestanden: Eerste bit Tweede bit Een willekeurige toestand van het q-bit systeem kan worden geschreven als: ψ = α + β + γ + δ b.v. { } Schrödinger, uitvinder van verstrengeling ψ = Bell Zo een toestand heet verstrengeld ( entangled ). Als we de toestand van het eerste q- bit meten, weten we meteen de toestand van het tweede q-bit, en omgekeerd. Verstrengeling correlatie!

Einstein-Podolsky en Rosen Einstein, Podolsky en Rosen maakten bezwaar tegen deze voorspelling dat meting aan q-bit instantaan informatie oplevert over de toestand van q-bit (in strijd met relativiteitstheorie). Deze discussie heeft jaren geduurd en is opgelost door experimenten in de jaren 8. E,P en R hadden ongelijk. Maken van foton-paren ( q-bits) ω p, k p niet-lineair optisch kristal ωi, k i ωs, k s idler signal Een foton uit de pompbundel wordt gesplitst en resulteert in twee dochterfotonen. Je maakt dus een fotontweeling! Dit niet-lineaire proces is héél inefficiënt! Vereisten: Energiebehoud Impulsbehoud ω p = ωs + ωi k = k + k p s i ωi, k i ωp, k p ωs, k s

De polarisatie van het licht Kijkend naar de signal and idler fotonen door kleurfilters en polarisatoren: Licht doorgelaten door een blauw filter λ λ idler signal Verticaal-gepolariseerd licht Licht doorgelaten door een groen filter Horizontaal gepolariseerd licht Licht doorgelaten door een rood filter Je fotonpaar bestaat altijd uit één foton met V polarisatie, en één foton met H polarisatie Op het snijpunt van twee cirkels.. Kijkend naar licht met precies de dubbele golflengte van het licht dat op het kristal wordt gestuurd: λ λ idler signal λ=8 nm H(orizontaal) gepolariseerd λ=8 nm V(erticaal) gepolariseerd De fotonen die langs deze twee richtingen worden uitgezonden kunnen zowel H als V gepolariseerd zijn. Elk van de bundels is dus ongepolariseerd. Als je naar één uitgezonden paar kijkt zal één foton de H-polarisatie hebben, de andere de V-polarisatie. Je weet niet in welke bundel je het V- gepolariseerde foton vindt.

Op het snijpunt van twee cirkels... Als we alleen fotonparen toelaten die langs deze snijlijnen lopen hebben we steeds entangled paren: Ψ = + iθ { HV e VH } Het grappige is dat we de polarisatoren niet in de H en V richting hoeven te zetten. Er geldt ook: λ i { } Ψ = +e θ λ idler signal Op het snijpunt van twee cirkels... We gaan fotonparen detecteren, één door een polarisator met vaste oriëntatie, de andere door een polarisator die wordt gedraaid. Uit dit soort metingen kan je afleiden dat De quantumtoestand van het fotonpaar entangled is. De correlatie van de fotonen niet locaal is (de correlatie van de polarisatie van de fotonen blijft altijd bestaan ook al bevinden de fotonen zich oneindig ver van elkaar).

Andere vrijheidsgraden van fotonen B.v. het baanimpulsmoment z van het bijbehorende stralingsveld z = mode Vlak golffront E r z r (, θ, ) = exp( ) z =± mode Gespiraliseerd golffront E r z r r i (, θ, ) = exp( )exp( θ) Spiraalfaseplaat n h = λ Brekingsindexverschil Baanimpulsmoment-correlaties Pomp, = λ λ Behoudswet pomp signal idler z = z + z Idler Signal Voor pomp = Signal Idler z = z = z = z =- z =- z = z =- z = Dit was bekend! Signal z =3.5 Idler z =-3.5 Dit is nieuw!

Production of spiral phase plate (Philips). Diamond machining of mold Diamond tool Brass 8.4 mm 5.8 µm. Molding Liquid polymer Brass mold 3. UV curing UV light Glass substrate Far-field intensity profile for =7/ Theory Experiment

BBO Type II Opstelling f f f f f f θ, Coincidence Counting θ, Voorspelde uitkomst: het coincidentiepatroon is parabolisch ( en niet sinusoidaal). Meting Deze fotonen zijn sterker niet-lokaal dan die bij polarisatie verstrengeling