Vědci vynalezli „kvantovou flétnu“, která dokáže přimět částice světla, aby se pohybovaly společně

Fyzici z Chicagské univerzity vynalezli „kvantovou flétnu“, která, stejně jako Krysař, dokáže přinutit částice světla, aby se společně pohybovaly způsobem, který dosud nikdo neviděl.

Popsáno ve dvou studiích publikovaných v zprávy o fyzické kontrole A Přírodní fyzikaPrůnik může nasměrovat cestu k uvědomění Kvantové vzpomínky nebo nové formy opravy chyb v kvantových počítačích, pozorování kvantových jevů, které v přírodě nelze vidět.

asistent. Laboratoř profesora Davida Schustera funguje Kvantový bit– kvantový ekvivalent počítačové části – která využívá podivné vlastnosti částic na atomární a subatomární úrovni k provádění věcí, které by jinak nebyly možné. V tomto experimentu pracovali s částicemi světla, známými jako fotony, v mikrovlnném spektru.

Systém, který vytvořili, se skládá z dlouhé dutiny vyrobené z jediného bloku kovu, určeného k zachycování fotonů na mikrovlnných frekvencích. Vývrt se vyrábí vrtáním odsazených otvorů jako otvory ve flétně.

„Stejně jako v Hudební nástrojSchuster řekl: „Můžete poslat jednu nebo několik vlnových délek fotonů skrz všechno a každá vlnová délka vytvoří ‚notu‘, kterou lze použít ke kódování. Kvantitativní informaceVýzkumníci pak mohou ovládat interakce „poznámek“ pomocí hlavního kvantového bitu, supravodivého elektrického obvodu.

Ale jejich nejpodivnějším objevem byl způsob, jakým se fotony chovají společně.

V přírodě fotony zřídka interagují – jednoduše procházejí skrz sebe. S pečlivou přípravou mohou vědci někdy přimět dva fotony k interakci s přítomností toho druhého.

„Tady děláme něco trochu neobvyklého,“ řekl Schuster. „Nejprve fotony vůbec neinteragují, ale když ano celkovou energii V systému to dosahuje bodu zlomu, najednou spolu všichni mluví.“

Mít tolik fotonů, které spolu „mluví“ v laboratorním experimentu, je velmi zvláštní, jako když vidíte kočku, jak chodí po zadních nohách.

„Obvykle je většina interakcí částic jedna ku jedné – dvě částice se odrážejí zpět nebo se navzájem přitahují,“ řekl Schuster. „Pokud přidáte třetí, obvykle budou interagovat postupně s jedním nebo druhým. Ale tento systém je nutí všechny interagovat současně.“

Jejich experimenty testovaly pouze až pět „poznámek“ najednou, ale vědci si nakonec dokázali představit, že by je mohli ovládat stovky nebo tisíce bankovek jediným qubitem. V procesu tak složitém, jako je kvantový počítač, chtějí inženýři zjednodušit všude, kde se dá, Schuster řekl: „Kdybyste sestrojili kvantový počítač s tisíci bity a mohli byste jej ovládat jediným bitem, bylo by to neuvěřitelně cenné. .“

Ze stejného chování jsou nadšeni i vědci. Nikdo takové interakce v přírodě nepozoroval, takže výzkumníci také doufají, že objev bude užitečný pro simulaci složitých fyzikálních jevů, které nejsou vidět ani tady na Zemi, včetně snad i nějaké fyziky černých děr.

Kromě toho jsou zážitky jen zábavné.

„Kvantové interakce se obvykle vyskytují napříč měřítky délky a času, které jsou příliš malé nebo rychlé na to, aby je bylo možné vidět. V našem systému můžeme měřit Fotony V každém z našich pozorování a sledovat dopad interakce, jak k ní dojde. Je opravdu skvělé „vidět“ kvantovou interakci svým okem, řekl Srivatsan Chakram, postdoktorandský výzkumník na Chicagské univerzitě, spoluautor článku a nyní odborný asistent na Rutgersově univerzitě.