Atidžiau pažvelkite į kvantines keistenybes naudodamiesi nauju būdu kontroliuodami ir matuodami atomus.

Dabar Prinstono tyrinėtojų komanda, vadovaujama elektrotechnikos docento Jeffo Thompsono, sukūrė naują metodą, kaip valdyti ir matuoti atomus taip arti vienas kito, kad jokie optiniai lęšiai negali jų atskirti.

Aprašyta straipsnyje, paskelbtame 2020 m. Spalio 30 d. Žurnale. mokslasJų metodas sužadina panašiai išdėstytus erbio atomus kristale, naudojant smulkiai sureguliuotą lazerį nanometrų lygio optinėse grandinėse. Tyrėjai naudojasi tuo, kad atomas Reaguodami į šiek tiek skirtingus lazerio šviesos dažnius ar spalvas, mokslininkai galėjo redaguoti ir valdyti kelis atomus, nepasikliaudami erdviniais duomenimis.

Įprastame mikroskope tarpas tarp dviejų atomų veiksmingai prarandamas, kai jų atskyrimas yra žemesnis už kritinę fazę, vadinamą difrakcijos riba, maždaug lygi šviesos bangos ilgiui. Tai panašu į dvi tolimas žvaigždes, kurios naktiniame danguje pasirodo kaip vienas taškas. Tačiau tai yra laipsnis, kuriuo atomai pradeda sąveikauti ir sukelia įvairiausių įdomių kvantinės mechaninės elgsenos variantų.

„Esame linkę susimąstyti pagrindiniu lygiu – ką iš tikrųjų veikia kietasis atomo kristalo viduje? „Kaip jie reaguoja?“ – sakė tyrime nedalyvavęs fizikas Andrejus Faraonas, Kalifornijos technologijos instituto profesorius. [paper] Atidarykite langą, kad ištirtumėte atomus labai arti vienas kito “.

Atomų ir jų sąveikos tyrimas mažais atstumais padeda mokslininkams ištirti ir panaudoti kvantinę savybę, vadinamą sukiniu. Kaip pagreičio forma, sukimas dažnai apibūdinamas kaip aukštyn arba žemyn. (Arba abu Bet tai kita istorija.) Kai atstumas tarp dviejų atomų šiek tiek padidėja, kad išnyktų – vos milijardo metro metrą – vieno atomo sukimasis dominuoja kito sukime ir atvirkščiai. Kai sukiniai sąveikauja šiame krašte, jie gali įsipainioti – šį terminą mokslininkai vartoja apibūdindami dvi ar daugiau neatskiriamai susietų dalelių. Susipainiojusios dalelės elgiasi taip, lyg būtų kartu gyvenusios, kad ir kaip toli viena nuo kitos būtų vėliau. Susimaišymas yra pagrindinis reiškinys, kuris kvantinę mechaniką skiria nuo klasikinio pasaulio ir yra technologijų matymo centras. Naujasis „Princeton“ kvantinis prietaisas yra didelis žingsnis į priekį mokslininkams, kad jie galėtų precedento neturinčiu aiškumu ištirti šias sukimosi reakcijas.

Viena iš pagrindinių naujojo „Princeton“ įrenginio savybių yra galimybė vienu metu manipuliuoti šimtais atomų atliekant pilną kvantinę laboratoriją empiriniams duomenims rinkti. Tai naudinga fizikams, norintiems atskleisti giliausias tikrovės paslaptis, taip pat siaubingą jos susipainiojimo pobūdį.

Tokie klausimai nėra tik paslaptis. Per pastaruosius tris dešimtmečius inžinieriai bandė panaudoti kvantinius reiškinius, kad sukurtų sudėtingas informacijos ir komunikacijos apdorojimo technologijas, pradedant besiformuojančių kvantinių kompiuterių loginėmis struktūromis, galinčiomis išspręsti galimas problemas. Ne kur kitur, o iki saugaus ryšio metodo, prie kurio galima prijungti mašinas Kvantinis internetas nepasiekiamas Toliau plėtojant šias sistemas mokslininkams reikės patikimai suvynioti daleles ir pasinaudoti kliūtimis koduojant ir apdorojant informaciją.

Thompsono komanda Erbiume pamatė galimybę. Tradiciškai lazeriuose ir magnetuose naudojamas erbis nebuvo plačiai ištirtas naudoti kvantinėse sistemose, nes, pasak mokslininkų, juos sunku pastebėti. Komanda per metus padarė pažangą. 2018 m. Sukūrus metodą, kaip pagerinti šių atomų skleidžiamą šviesą ir labai efektyviai aptikti tą signalą. Dabar jie parodė, kad gali viską.

Kai lazeris apšviečia atomus, jis juos pakankamai stimuliuoja, kad skleistų silpną, unikalaus dažnio šviesą. Tačiau pakankamai jautrus išlaikyti ir skaityti atominę rotaciją Šie dažniai skiriasi intuityviai pagal skirtingas atomų būsenas, todėl „aukštyn“ turi vieną dažnį, o „žemyn“ – kitą, o kiekvienas atomas turi savo lygų dažnį.

„Jei turite tokių uždarymų, jie visi skleis šviesą šiek tiek kitokiu dažniu. Taigi, kruopščiai priderindami lazerius pagal vieno ar kito dažnio dažnius, galime jais manipuliuoti, net jei neturime erdvinės korekcijos galimybės “, – sakė Thompsonas.„ Kiekvienas atomas mato šviesą. visi Bet klausys tik nustatyto dažnio “

Taigi šviesos dažnis yra puikus sukimosi atstovas. Perjungimas aukštyn ir žemyn leido tyrėjams apskaičiuoti. Jis yra panašus į tranzistorių, kuris atsidaro ar užsidaro klasikiniuose kompiuteriuose, o tai lemia nulį ir mūsų skaitmeniniame pasaulyje.

Norėdami sukurti naudingo kvantinio procesoriaus pagrindą, šie kubitai turi žengti dar vieną žingsnį toliau.

„Sąveikos stiprumas yra susijęs su atstumu tarp dviejų apsisukimų“, – sakė Songtao Chenas, Thompsono laboratorijos mokslų daktaras, vienas iš dviejų pagrindinių šio straipsnio autorių. „Mes norėjome juos priartinti prie to. Mes galime bendrauti tarpusavyje ir naudoti šias sąveikas kurdami kvantinės logikos vartus “.

Kvantinės logikos vartams reikalingi du ar daugiau susipynę kubitai, leidžiantys atlikti unikalias kvantines operacijas, pavyzdžiui, apskaičiuoti baltymų lankstymo modelius arba nukreipti informaciją į kvantinį internetą. Tam

Thompsonas, vadovavęs Energetikos departamento naujajai 115 milijonų dolerių vertės kvantinio mokslo iniciatyvai, ketina iškelti šiuos kubitus į viršų. „Quantum Advantage“ projektavimo centro medžiagų srityje jis rodo kelią skaičiuojant ir kuriant tinklus.

Jo „erbium“ sistemą – naujo tipo kubitą, ypač naudingą tinklų programose, galima paleisti naudojant esamą telekomunikacijų infrastruktūrą, perduodant signalus užšifruotos šviesos pavidalu per silicio ir šviesolaidinius įrenginius. lengvas Šios dvi savybės suteikia „Erbium“ pramoninį pranašumą, palyginti su šiuolaikiškiausiomis kietojo kūno išvestimis, kurios perduoda duomenis matomos šviesos bangos ilgiais, kurie blogai veikia su šviesolaidiniais ryšio tinklais. lengvas

Tačiau, norint veikti optimaliu lygiu, erbium sistema turi būti toliau kuriama.

Tuo tarpu komanda sugebėjo kontroliuoti ir išmatuoti kubitų sukimosi būseną, kad ir kokia arti ji būtų, ir naudojo optinę struktūrą, kad atliktų labai tikslius matavimus. Bet vis tiek neįmanoma sutvarkyti kubitų, jei reikia, norint pagaminti du kubito vartus. Norėdami tai padaryti, inžinieriai turi rasti kitą medžiagą, kad tilptų erbio atomai. Tyrimas buvo sukurtas atsižvelgiant į šį būsimą atnaujinimą.

„Vienas pagrindinių šio eksperimento atlikimo pranašumų yra tas, kad jis neturi nieko bendro su tuo, koks yra erbiumas“, – sakė Mouktikas Raha, šeštojo kurso elektros inžinerijos studentas ir vienas iš dviejų ataskaitos lyderių. Parašykite: “Kol jūs galite įdėti erbiumą į vidų ir jis nesijaudins, jums bus gerai”.

Nuoroda: „Vieno vaizdo lygiagretus matavimas ir nuoseklus kietojo kūno sukimosi valdymas žemiau difrakcijos ribos“, pateikė Songtao Chen, Mouktik Raha, Christopher M. Phenicie, Salim Ourari ir Jeff D.Thompson. , 2020 m. Spalio 30 d., mokslas.
DOI: 10.1126 / mokslas.abc7821

Prie šio darbo taip pat prisidėjo elektros inžinerijos magistrantai Christopheris M. Phenicie ir Salimas Ourari. Darbas atliekamas bendradarbiaujant su „Princeton Quantum Initiative“ ir jį iš dalies finansuoja Nacionalinis mokslo fondas, Prinstono kompleksinių medžiagų centras, Oro pajėgų Mokslinių tyrimų biuro jaunųjų tyrėjų programa ir Gynybos pažangiųjų tyrimų projektų agentūra.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ličio jonų akumuliatorių „įkūrėjas“ padeda savo atradimu išspręsti 40 metų senumo problemą

Ličio jonų akumuliatorių su SNS neutronais įkūrėjas patvirtino, kad katodo medžiaga (mėlyna) be ličio niobio oksido (šviesiai žalia) žymiai sumažino pirmojo ciklo energijos nuostolius...

3700 metų Babilono molio planšetė yra antrasis pasaulyje taikomosios geometrijos modelis

Si.427 yra rankinė planšetė 1900–1600 m. Pr. Kr., Pagaminta Babilono matininko. Jame rašoma, kad molis, ir jį parašė žemėlapio kūrėjas ant vėžlio. ...

Afrikos dulkių gabenimo per Šiaurės Atlanto vandenyną istorija

Iki Rosenstielio Majamio universiteto jūrų ir atmosferos mokslų mokykla 2021 m. Rugpjūčio 4 d Susidomėjimas Afrikos dulkėmis prasidėjo prieš 50 metų, kai buvo nustatyta, kad jos...

Nepaprasta nauja medžiaga paverčia atliekas energija

Išgrynintas lakštinis selenidas turi labai aukštą šilumos laidumą. Atkaklumas: NASA 2020 m Astronautą čia, Žemės planetoje, maitina kažkas labai pageidautino - termoelektrinis prietaisas, kuris...

Geriamosios vakcinos kartais nepavyksta skurdžiose šalyse – nauji tyrimai paaiškina, kodėl

Sveikas pelės žarnynas, panašus į ilgą pirštą (kairėje), ir žarnos, turinčios nenormalią aplinkos funkciją, su trumpu gluosniu (dešinėje). Kreditas: Amret Ta But Thacha Remiantis...

Newsletter

Subscribe to stay updated.