Учените изобретяват „квантова флейта“, която може да накара светлинните частици да се движат заедно

Физиците от Чикагския университет изобретиха „квантова флейта“, която, подобно на пъстрата свирка, може да принуди частици светлина да се движат заедно по начин, който не сме виждали досега.

Описано в две проучвания, публикувани в съобщения за физически преглед И на Природна физикаПроникването може да насочи пътя към осъзнаването Квантови спомени или нови форми на коригиране на грешки в квантовите компютри, наблюдавайки квантови явления, които не могат да се видят в природата.

асистент. Лабораторните работи на професор Дейвид Шустер Квантов битКвантовият еквивалент на компютърна част – която използва странните свойства на частиците на атомно и субатомно ниво, за да прави неща, които иначе са невъзможни. В този експеримент те работеха с частици светлина, известни като фотони, в микровълновия спектър.

Системата, която те създадоха, се състои от дълга кухина, направена от един метален блок, предназначен да улавя фотони на микровълнови честоти. Отворът се прави чрез пробиване на изместени отвори като дупки във флейта.

„Точно както в Музикален инструментШустер каза: „Можете да изпратите една или няколко дължини на вълната на фотони през всичко и всяка дължина на вълната създава „бележка“, която може да се използва за кодиране Количествена информацияСлед това изследователите могат да контролират взаимодействията „бележки“, използвайки главен квантов бит, свръхпроводяща електрическа верига.

Но най-странното им откритие беше начинът, по който фотоните се държат заедно.

В природата фотоните рядко взаимодействат – те просто преминават един през друг. С старателна подготовка учените понякога могат да накарат два фотона да взаимодействат с присъствието на другия.

„Тук правим нещо малко по-необичайно“, каза Шустер. „Първоначално фотоните изобщо не си взаимодействат, но когато го направят обща енергия В системата достига повратна точка, изведнъж всички те си говорят помежду си.“

Да имаш толкова много фотони, които „говорят“ помежду си в лабораторен експеримент, е много странно, все едно да видиш котка, която ходи на задните си крака.

„Обикновено повечето взаимодействия на частиците са едно към едно – две частици се връщат обратно или се привличат една друга“, каза Шустер. „Ако добавите трети, те обикновено все още взаимодействат последователно с единия или другия. Но тази система ги кара всички да взаимодействат едновременно.“

Техните експерименти тестваха само до пет „бележки“ наведнъж, но учените в крайна сметка успяха да си представят пускането на стотици или хиляди бележки през един кубит, за да ги контролират. В толкова сложен процес като квантовия компютър, инженерите искат да опростят навсякъде, където могат, Шустър каза: „Ако трябваше да изградите квантов компютър с хиляда бита и можете да го контролирате с един бит, това би било невероятно ценно .“

Изследователите също са развълнувани от същото поведение. Никой не е наблюдавал подобни взаимодействия в природата, така че изследователите също се надяват, че откритието ще бъде полезно за симулиране на сложни физически явления, които не могат да се видят дори тук на Земята, включително може би дори физиката на черните дупки.

Освен това преживяванията са просто забавни.

„Квантовите взаимодействия обикновено се случват в мащаби на дължина и време, които са твърде малки или бързи, за да се видят. В нашата система можем да измерваме Фотони Във всяко от нашите наблюдения и наблюдавайте въздействието на взаимодействието, докато се случва. Наистина е страхотно да „видите“ квантово взаимодействие с окото си, каза Шриватсан Чакрам, постдокторант в Чикагския университет, съавтор на статията и сега асистент в университета Рутгерс.