Pierwsza obserwacja makroskopowego skoku kwantowego

Jedną z charakterystycznych cech obiektów kwantowych jest ich zdolność do zmiany stanu wzbudzonego w stan podstawowy bez przechodzenia przez stany pośrednie.

Konsekwencje skoków kwantowych wypełniają nasz świat: na przykład chemia jest zasadniczo nauką o skokach kwantowych.

Ale chociaż łatwo dostrzec konsekwencje skoków kwantowych, znacznie trudniej jest je złapać na gorącym uczynku.

W ostatnich latach fizycy ciężko pracowali, aby rzeczywiście obserwować, jak różne obiekty kwantowe wykonują skok. Zrobili to dla fotonów, elektronów, uwięzionych jonów i atomów, a nawet niektórych cząsteczek. Nie jest to łatwe, ale da się zrobić

Ale nigdy nie widzieli, jak makroskopowy obiekt przeskakiwał z jednego poziomu energii na drugi. To nie z powodu braku makroskopowego zjawiska kwantowego; jest wiele do wyboru, takich jak laserowanie i nadprzewodnictwo.

Wszystko to zmienia się dzisiaj wraz z ogłoszeniem przez Rajamani Vijayaraghavan i kolegów z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, że po raz pierwszy obserwowali makroskopowy skok obiektu kwantowego.

Przedmiotowy obiekt to nadprzewodzący kubit, który fizycy nazywają czasem sztucznym atomem. Atom jest obwodem nadprzewodzącym, w którym przepływ ładunku w określonym kierunku może na przykład przedstawiać 0, podczas gdy przepływ w przeciwnym kierunku reprezentuje 1.

Fizycy mogą obserwować kubit nadprzewodzący, kąpiąc go w fotonach mikrofalowych wewnątrz wnęki. interakcja między fotonem i kubitem zmienia właściwości fotonu, takie jak jego faza, którą można zmierzyć, gdy wychodzą z wnęki.

Ale żeby zobaczyć skok kubitowy, fotony muszą kręcić się przez dość długi czas, około mikrosekundy. Ale fotony jako rzeczy efemeryczne mają tendencję do oddalania się na długo przed tym.

Trik, który Vijayaraghavan i jego kumple udoskonalili, polega na zaprojektowaniu wnęki, która utrzyma fotony wystarczająco długo, aby doświadczyć skoku. Kiedy tak się dzieje, łatwo to zobaczyć. Mówią, że to pierwsza obserwacja skoków kwantowych w makroskopowym układzie kwantowym.

Mówiąc makroskopowo, mają na myśli około 10 mikrometrów średnicy, czyli rozmiar ich obwodu nadprzewodzącego. To mniej więcej rozmiar czerwonej krwinki.

To nowatorski wynik, ale jest też potencjalnie użyteczny. Możliwość monitorowania kubitów przeskakujących z jednego stanu do drugiego to technologia, która może zmienić obliczenie kwantowe. Na przykład kody korygujące błędy, bez których komputery po prostu nie działają, opierają się na tego rodzaju kontroli.

Co więcej, Vijayaraghavan i znajomi twierdzą, że ich pomysły można łatwo zastosować w innych rodzajach systemów kwantowych. Mówią, że naszą technologię można łatwo zintegrować z obwodami hybrydowymi wykorzystującymi magnesy molekularne, luki azotu w diamentach lub półprzewodnikowe kropki kwantowe.

Jeśli to okaże się prawdą, może to być jeden z tych przełomów inżynieryjnych, które mogą zmienić niepraktyczne urządzenia demonstracyjne w praktyczne elektrownie zdolne do działania w prawdziwym świecie. Poczekajmy i zobaczmy.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1009.2969 : Obserwacja skoków kwantowych w nadprzewodzącym sztucznym atomie

ukryć