_ Oamenii de știință inventează „flaut cuantic” care poate face ca particulele de lumină să se miște împreună

Fizicienii de la Universitatea din Chicago au inventat un „flaut cuantic” care, la fel ca Pied Piper, poate forța particulele de lumină să se miște împreună într-un mod care nu a mai fost văzut până acum.

Descris în două studii publicate în Physical Review Letters și Nature Physics, descoperirea ar putea indica calea către realizarea de amintiri cuantice sau noi forme de corectare a erorilor în computerele cuantice și observarea fenomenelor cuantice care nu pot fi văzute în natură. .

Conf. univ. Laboratorul Prof. David Schuster lucrează la biți cuantici – echivalentul cuantic al unui bit de computer – care exploatează proprietățile ciudate ale particulelor la nivel atomic și sub-atomic pentru a face lucruri care altfel ar fi imposibile. În acest experiment, ei lucrau cu particule de lumină, cunoscute sub numele de fotoni, în spectrul de microunde.

Sistemul pe care l-au conceput constă dintr-o cavitate lungă realizată într-un singur bloc de metal, concepută pentru a capta fotonii la frecvențele microundelor. Cavitatea este făcută prin găuri decalate, ca găurile într-un flaut.

„La fel ca în instrumentul muzical”, a spus Schuster, „puteți trimite una sau mai multe lungimi de undă de fotoni peste tot și fiecare lungime de undă creează o „notă” care poate fi folosită pentru a codifica informații cuantice.” Cercetătorii pot controla apoi interacțiunile „notelor” folosind un bit cuantic principal, un circuit electric supraconductor.

Dar cea mai ciudată descoperire a lor a fost modul în care fotonii s-au comportat împreună.

În natura, fotonii nu interacționează aproape niciodată – pur și simplu trec unul prin celălalt. Cu o pregătire minuțioasă, oamenii de știință pot determina uneori doi fotoni să reacționeze unul la prezența celuilalt.

„Aici facem ceva și mai ciudat”, a spus Schuster. „La început, fotonii nu interacționează deloc, dar când energia totală din sistem atinge un punct de vârf, dintr-o dată, toți vorbesc între ei.”

Pentru a avea așa ceva. mulți fotoni „vorbesc” între ei într-un experiment de laborator este extrem de ciudat, asemănător cu a vedea o pisică mergând pe picioarele din spate.

„În mod normal, majoritatea interacțiunilor dintre particule sunt unu-la-unu—două particule care sare sau atrăgându-se unul pe altul”, a spus Schuster. „Dacă adaugi un al treilea, de obicei, ei încă interacționează secvențial cu unul sau altul. Dar acest sistem îi face pe toți interacționând în același timp.”

Experimentele lor au testat doar până la cinci „note” la un moment dat, dar oamenii de știință și-ar putea imagina în cele din urmă rulând sute sau mii de note printr-un singur qubit pentru a le controla. Cu o operațiune la fel de complexă precum un computer cuantic, inginerii vor să simplifice oriunde pot, Schuster a spus: „Dacă ai vrea să construiești un computer cuantic cu 1.000 de biți și i-ai putea controla pe toți printr-un singur bit, asta ar fi incredibil de valoros. ."

Cercetătorii sunt, de asemenea, încântați de comportamentul în sine. Nimeni nu a observat ceva asemănător acestor interacțiuni în natură, așa că cercetătorii speră, de asemenea, că descoperirea poate fi utilă pentru simularea unor fenomene fizice complexe care nici măcar nu pot fi văzute aici pe Pământ, inclusiv poate chiar o parte din fizica găurilor negre.

Dincolo de asta, experimentele sunt doar distractive.

„În mod normal, interacțiunile cuantice au loc pe scări lungi și de timp prea mici sau rapide pentru a fi văzute. În sistemul nostru, putem măsura fotoni unici în orice din notele noastre și urmăriți efectul interacțiunii pe măsură ce se întâmplă. Este într-adevăr destul de frumos să „vezi” o interacțiune cuantică cu ochiul tău", a spus cercetătorul postdoctoral UChicago Srivatsan Chakram, co-primul autor al lucrării, acum asistent. profesor la Universitatea Rutgers.

(Fluierul)