Wetenschappers vinden een ‘kwantumfluit’ uit die lichtdeeltjes samen kan laten bewegen

Natuurkundigen van de Universiteit van Chicago hebben een ‘kwantumfluit’ uitgevonden die, net als de rattenvanger, lichtdeeltjes kan dwingen samen te bewegen op een manier die nog nooit eerder is vertoond.

Beschreven in twee studies gepubliceerd in fysieke beoordelingsberichten En de NatuurfysicaPenetratie kan het pad naar bewustzijn leiden Quantum herinneringen of nieuwe vormen van foutcorrectie in kwantumcomputers, waarbij kwantumverschijnselen worden waargenomen die in de natuur niet te zien zijn.

assistent. Het laboratorium van professor David Schuster werkt KwantumbitHet kwantumequivalent van een computeronderdeel – dat de vreemde eigenschappen van deeltjes op atomair en subatomair niveau uitbuit om dingen te doen die anders onmogelijk zouden zijn. In dit experiment werkten ze met lichtdeeltjes, bekend als fotonen, in het microgolfspectrum.

Het systeem dat ze creëerden bestaat uit een lange holte gemaakt in een enkel blok metaal, ontworpen om fotonen op microgolffrequenties op te vangen. Boring wordt gemaakt door het boren van offset gaten zoals gaten in een fluit.

“Net als in MuziekinstrumentSchuster zei: “Je kunt een of meerdere golflengten van fotonen door alles sturen, en elke golflengte creëert een ‘noot’ die kan worden gebruikt om Kwantitatieve informatieDe onderzoekers kunnen vervolgens de “noten” -interacties besturen met behulp van een master-kwantumbit, een supergeleidend elektrisch circuit.

Maar hun vreemdste ontdekking was de manier waarop fotonen zich samen gedragen.

In de natuur hebben fotonen zelden interactie – ze gaan gewoon door elkaar heen. Met een nauwgezette voorbereiding kunnen wetenschappers soms twee fotonen laten interageren met de aanwezigheid van de andere.

“Hier doen we iets ongewoons”, zei Schuster. “In het begin hebben de fotonen helemaal geen interactie, maar als ze dat wel doen” totale energie In het systeem bereikt het een kantelpunt, ineens praten ze allemaal met elkaar.”

Het is heel vreemd dat zoveel fotonen met elkaar “praten” in een laboratoriumexperiment, alsof je een kat op zijn achterpoten ziet lopen.

“Meestal zijn de meeste deeltjesinteracties één-op-één – twee deeltjes die terugkaatsen of elkaar aantrekken,” zei Schuster. “Als je een derde toevoegt, blijven ze meestal opeenvolgend communiceren met de een of de ander. Maar dit systeem zorgt ervoor dat ze allemaal tegelijkertijd communiceren.”

Hun experimenten testten slechts vijf “biljetten” tegelijk, maar de wetenschappers konden zich uiteindelijk voorstellen dat ze honderden of duizenden bankbiljetten door een enkele qubit zouden laten lopen om ze te controleren. In een proces dat zo complex is als een kwantumcomputer, willen ingenieurs overal waar ze kunnen vereenvoudigen, zei Schuster: “Als je een kwantumcomputer zou bouwen met duizend bits en je zou alles met een enkele bit kunnen besturen, zou dat ongelooflijk waardevol zijn .”

De onderzoekers zijn ook enthousiast over hetzelfde gedrag. Niemand heeft dergelijke interacties in de natuur waargenomen, dus de onderzoekers hopen ook dat de ontdekking nuttig zal zijn voor het simuleren van complexe fysieke verschijnselen die zelfs hier op aarde niet te zien zijn, inclusief misschien zelfs wat fysica van zwarte gaten.

Verder zijn de ervaringen gewoon leuk.

“Kwantuminteracties vinden meestal plaats op schalen van lengte en tijd die te klein of te snel zijn om te zien. In ons systeem kunnen we meten Fotonen In elk van onze observaties, en volg de impact van de interactie terwijl deze zich voordoet. Het is echt gaaf om een ​​kwantuminteractie met je oog te “zien”, zei Srivatsan Chakram, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Chicago, co-eerste auteur van de krant en nu een assistent-professor aan de Rutgers University.