„Flet kwantowy” niebywale porusza światłem

Nowy „flet kwantowy” może ułatwić sterowanie komputerami kwantowymi – wprawia światło w ruch w niespotykany dotąd sposób.

„Flet kwantowy” Schuster lab
„Flet kwantowy” | fot. Schuster lab

Naukowcy stworzyli „flet kwantowy” (ang. quantum flute), który może skłaniać fotony do synchronicznego poruszania się i interakcji ze sobą, czego prawie nigdy nie robią w naturze. Urządzenie może pomóc ulepszyć przyszłe projekty komputerów kwantowych. Podobnie jak instrument muzyczny o tej samej nazwie, stworzony przez naukowców flet kwantowy jest kawałkiem metalu z długą wnęką pośrodku, do której prowadzi szereg otworów z powierzchni. Ale zamiast fal dźwiękowych, to urządzenie jest przeznaczone do światła.

„Podobnie jak w instrumencie muzycznym, można wysłać jedną lub kilka długości fal fotonów przez cały instrument, a każda długość fali tworzy „notatkę”, która może być wykorzystana do zakodowania informacji kwantowej” – powiedział David Schuster, główny autor badania.

Zespół twierdzi, że te różne notatki mogą działać jak bity kwantowe (kubity) danych, co oznacza, że ​​można je wykorzystać do tworzenia nowych typów pamięci dla komputerów kwantowych lub pomagać w korygowaniu błędów, na które ta technologia jest podatna. W swoich eksperymentach z nowym urządzeniem naukowcy byli w stanie kontrolować interakcje do pięciu nut lub kubitów jednocześnie, używając nadprzewodzącego obwodu elektrycznego jako kubitu głównego. To pokazuje, że zwiększenie skali systemu mogłoby znacznie uprościć sterowanie przyszłymi komputerami kwantowymi.

„Gdybyś chciał zbudować komputer kwantowy z 1000 bitów i mógłbyś kontrolować nimi wszystkimi za pomocą jednego bitu, byłoby to niezwykle cenne” – powiedział Schuster.

Flet kwantowy to kawałek metalu z wywierconymi w nim otworami, które mogą wyłapywać i manipulować fotonami o różnych długościach fal w celu zakodowania informacji kwantowej.

Ale może najdziwniejszą rzeczą w tym flecie kwantowym jest to, że działa on poprzez manipulowanie fotonami, aby robić rzeczy, które rzadko zdarzają się w naturze. Cząstki światła zwykle nie oddziałują ze sobą, co oznacza, że ​​przelatują obok siebie lub nawet przenikają przez siebie. W pewnych warunkach można czasami zmusić je do interakcji w parach, ale w nowym urządzeniu zespołowi udało się doprowadzić do interakcji wszystkich fotonów jednocześnie, gdy energia w układzie osiągnie punkt krytyczny.

Cały „flet kwantowy”
Cały „flet kwantowy” | fot. Schuster lab

„Normalnie większość interakcji między cząstkami odbywa się jeden na jednego – dwie cząstki odbijają się lub przyciągają nawzajem” – powiedział Schuster. „Jeśli dodasz trzecią, zwykle nadal wchodzą w interakcję sekwencyjnie z jednym lub drugim. Ale w tym systemie wszystkie wchodzą w interakcję w tym samym czasie”.

Zespół twierdzi, że wraz z rozwojem komputerów kwantowych to niezwykłe zachowanie grupowe może odblokować nowe sposoby badania fizyki i innych zjawisk kwantowych, których wcześniej nie zaobserwowano.

Wyniki badań opublikowano w dwóch artykułach, w czasopismach Physical Review Letters i Nature Physics.

➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!

źródło: University of Chicago | New Atlas