Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν τρόπο να κάνουν τις κβαντικές καταστάσεις να διαρκέσουν 10.000 φορές περισσότερο

Μια ομάδα επιστημόνων στην Σχολή Μοριακών Μηχανικών Pritzker του Πανεπιστημίου του Σικάγο ανακοίνωσε την ανακάλυψη μιας απλής τροποποίησης που επιτρέπει στα κβαντικά συστήματα να παραμείνουν λειτουργικά – ή “συνεκτικά” – 10.000 φορές περισσότερο από ό, τι πριν. Πίστωση: Πανεπιστήμιο του Σικάγο

Εάν μπορούμε να το αξιοποιήσουμε, η κβαντική τεχνολογία υπόσχεται φανταστικές νέες δυνατότητες. Αλλά πρώτα, οι επιστήμονες πρέπει να ομολογήσουν τα κβαντικά συστήματα για να παραμείνουν ζυμωμένοι για περισσότερο από μερικά εκατοστά του δευτερολέπτου.


Μια ομάδα επιστημόνων στο Pritzker School of Molecular Engineering του Πανεπιστημίου του Σικάγο ανακοίνωσε την ανακάλυψη μιας απλής τροποποίησης που επιτρέπει κβαντικά συστήματα για να παραμείνετε λειτουργικοί – ή “συνεκτικοί” – 10.000 φορές περισσότερο από πριν. Παρόλο που οι επιστήμονες δοκίμασαν την τεχνική τους σε μια συγκεκριμένη κατηγορία κβαντικών συστημάτων που ονομάζονται qubits στερεάς κατάστασης, πιστεύουν ότι θα έπρεπε να ισχύει για πολλά άλλα είδη κβαντικών συστημάτων και θα μπορούσαν έτσι να φέρουν επανάσταση στην κβαντική επικοινωνία, τον υπολογιστή και την αίσθηση.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στις 13 Αυγούστου Επιστήμη.

“Αυτή η ανακάλυψη θέτει τις βάσεις για συναρπαστικές νέες οδούς έρευνας στην κβαντική επιστήμη”, δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης David Awschalom, ο καθηγητής οικογένειας Liew στην Molecular Engineering, ανώτερος επιστήμονας στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne και διευθυντής του Chicago Quantum Exchange. “Η ευρεία δυνατότητα εφαρμογής αυτής της ανακάλυψης, σε συνδυασμό με μια εξαιρετικά απλή εφαρμογή, επιτρέπει αυτήν την ισχυρή συνοχή να επηρεάσει πολλές πτυχές της κβαντικής μηχανικής. Επιτρέπει νέες ερευνητικές ευκαιρίες που προηγουμένως θεωρούσαν ανέφικτες.”

Κάτω από το επίπεδο των ατόμων, ο κόσμος λειτουργεί σύμφωνα με τους κανόνες της κβαντικής μηχανικής – πολύ διαφορετικός από αυτό που βλέπουμε γύρω μας στην καθημερινή μας ζωή. Αυτοί οι διαφορετικοί κανόνες θα μπορούσαν να μεταφραστούν σε τεχνολογία, όπως σχεδόν αδιάσπαστα δίκτυα ή εξαιρετικά ισχυροί υπολογιστές. το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ κυκλοφόρησε ένα σχέδιο για το μελλοντικό κβαντικό Διαδίκτυο σε μια εκδήλωση στο UChicago στις 23 Ιουλίου. Ωστόσο, παραμένουν βασικές τεχνικές προκλήσεις: Οι κβαντικές πολιτείες χρειάζονται έναν εξαιρετικά ήσυχο, σταθερό χώρο για να λειτουργήσουν, καθώς ενοχλούνται εύκολα από θόρυβος στο παρασκήνιο προέρχονται από δονήσεις, αλλαγές θερμοκρασίας ή αδέσποτο ηλεκτρομαγνητικά πεδία.

Έτσι, οι επιστήμονες προσπαθούν να βρουν τρόπους για να διατηρήσουν το σύστημα συνεκτικό όσο το δυνατόν περισσότερο. Μια κοινή προσέγγιση είναι η φυσική απομόνωση του συστήματος από το θορυβώδες περιβάλλον, αλλά αυτό μπορεί να είναι δυσκίνητο και περίπλοκο. Μια άλλη τεχνική περιλαμβάνει την παραγωγή όλων των υλικών όσο το δυνατόν πιο αγνή, η οποία μπορεί να είναι δαπανηρή. Οι επιστήμονες στο UChicago έκαναν μια διαφορετική προσπάθεια.

“Με αυτήν την προσέγγιση, δεν προσπαθούμε να εξαλείψουμε τον θόρυβο στη γύρω περιοχή. Αντ ‘αυτού,” ξεγελάμε “το σύστημα να σκεφτεί ότι δεν βιώνει τον θόρυβο”, δήλωσε ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Kevin Miao, ο πρώτος συγγραφέας της εφημερίδας.

Οι επιστήμονες του UChicago ανακαλύπτουν τρόπο να κάνουν τις κβαντικές καταστάσεις να διαρκέσουν 10.000 φορές περισσότερο

Μια ομάδα επιστημόνων στην Σχολή Μοριακών Μηχανικών Pritzker του Πανεπιστημίου του Σικάγο ανακοίνωσε την ανακάλυψη μιας απλής τροποποίησης που επιτρέπει στα κβαντικά συστήματα να παραμείνουν λειτουργικά – ή “συνεκτικά” – 10.000 φορές περισσότερο από ό, τι πριν. Πίστωση: Πανεπιστήμιο του Σικάγο

Σε συνδυασμό με τους συνηθισμένους ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των κβαντικών συστημάτων, η ομάδα εφάρμοσε ένα επιπλέον συνεχές εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Ρυθμίζοντας με ακρίβεια αυτό το πεδίο, οι επιστήμονες μπορούσαν να περιστρέψουν γρήγορα τις περιστροφές ηλεκτρονίων και να επιτρέψουν στο σύστημα να “συντονίσει” τον υπόλοιπο θόρυβο.

«Για να κατανοήσεις την αρχή, είναι σαν να κάθεις σε μια χαρούμενη βόλτα με ανθρώπους που φωνάζουν γύρω σου», εξήγησε ο Miao. “Όταν η διαδρομή είναι ακόμα, μπορείτε να τα ακούσετε τέλεια, αλλά αν γυρίζετε γρήγορα, ο θόρυβος θολώνει στο παρασκήνιο.”

Αυτή η μικρή αλλαγή επέτρεψε στο σύστημα να παραμείνει συνεπές έως και 22 χιλιοστά του δευτερολέπτου, τέσσερις τάξεις μεγέθους υψηλότερες από ό, τι χωρίς την τροποποίηση – και πολύ μεγαλύτερος από οποιοδήποτε προηγούμενο σύστημα ηλεκτρονικής περιστροφής. (Για σύγκριση, ένα ριπή οφθαλμού διαρκεί περίπου 350 χιλιοστά του δευτερολέπτου). Το σύστημα είναι σε θέση να συντονίσει σχεδόν πλήρως ορισμένες μορφές διακυμάνσεων θερμοκρασίας, φυσικών δονήσεων και ηλεκτρομαγνητικού θορύβου, οι οποίες συνήθως καταστρέφουν την κβαντική συνοχή.

Η απλή λύση θα μπορούσε να ξεκλειδώσει ανακαλύψεις σε σχεδόν κάθε τομέα της κβαντικής τεχνολογίας, ανέφεραν οι επιστήμονες.

“Αυτή η προσέγγιση δημιουργεί μια πορεία προς την επεκτασιμότητα”, δήλωσε ο Awschalom. “Θα πρέπει να κάνει πρακτική την αποθήκευση κβαντικών πληροφοριών σε ηλεκτρονική περιστροφή. Οι εκτεταμένοι χρόνοι αποθήκευσης θα επιτρέψουν πιο πολύπλοκες λειτουργίες σε κβαντικούς υπολογιστές και θα επιτρέψουν στις κβαντικές πληροφορίες που μεταδίδονται από συσκευές που βασίζονται σε περιστροφές να ταξιδεύουν σε μεγάλες αποστάσεις σε δίκτυα.”

Αν και οι δοκιμές τους εκτελέστηκαν σε κβαντικό σύστημα στερεάς κατάστασης χρησιμοποιώντας καρβίδιο του πυριτίου, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η τεχνική θα πρέπει να έχει παρόμοια αποτελέσματα σε άλλους τύπους κβαντικών συστημάτων, όπως τα υπεραγώγιμα κβαντικά bits και μοριακά κβαντικά συστήματα. Αυτό το επίπεδο ευελιξίας είναι ασυνήθιστο για μια τέτοια σημαντική εξέλιξη.

“Υπάρχουν πολλοί υποψήφιοι για την κβαντική τεχνολογία που παραμερίστηκαν επειδή δεν μπορούσαν να διατηρήσουν την κβαντική συνοχή για μεγάλα χρονικά διαστήματα”, δήλωσε ο Miao. “Αυτά θα μπορούσαν να επανεκτιμηθούν τώρα που έχουμε αυτόν τον τρόπο για να βελτιώσουμε μαζικά τη συνοχή.

“Το καλύτερο είναι ότι είναι απίστευτα εύκολο να το κάνουμε”, πρόσθεσε. “Η επιστήμη πίσω από αυτήν είναι περίπλοκη, αλλά η εφοδιαστική της προσθήκης εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου είναι πολύ απλή.”


Οι επιστήμονες αναπτύσσουν τον πρώτο κβαντικό αλγόριθμο για τον χαρακτηρισμό του θορύβου σε μεγάλα συστήματα


Περισσότερες πληροφορίες:
KC Miao et al, “Παγκόσμια προστασία συνοχής σε qubit στερεάς κατάστασης” Επιστήμη, 13 Αυγούστου 2020. DOI: 10.1126 / science.abc5186

Παραπομπή: Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν τρόπο να κάνουν τις κβαντικές καταστάσεις να διαρκέσουν 10.000 φορές περισσότερο (2020, 13 Αυγούστου) ανακτήθηκαν στις 13 Αυγούστου 2020 από https://phys.org/news/2020-08-scientists-quantum-states-longer.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από οποιαδήποτε δίκαιη διαπραγμάτευση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Το φύλλο πάγου της Γροιλανδίας έφτασε στο σημείο ανατροπής πριν από 20 χρόνια, σύμφωνα με νέα μελέτη
Written By
More from Zareb Ghanem

Αυτός ο γαλαξίας φιλοξένησε μια τεράστια σουπερνόβα και σίγουρα φαίνεται περίεργο – BGR

Το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble έχει καταγράψει μια λαμπρή εικόνα ενός γαλαξία με...
Read More

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *