Oamenii de știință inventează un „flaut cuantic” care poate face 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 nemaivăzut până acum.

Descris în două studii publicate în mesaje de revizuire fizică Si Fizica naturiiPătrunderea poate direcționa calea către conștientizare Amintiri cuantice sau noi forme de corectare a erorilor în calculatoarele cuantice, observând fenomene cuantice care nu pot fi văzute în natură.

asistent. Lucrează în laboratorul profesorului David Schuster Bit cuantic– echivalentul cuantic al unei părți de computer – care exploatează proprietățile ciudate ale particulelor la nivel atomic și subatomic 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 microundelor.

Sistemul creat de ei constă dintr-o cavitate lungă realizată într-un singur bloc de metal, concepută pentru a capta fotonii la frecvențele de microunde. Alezajul se realizează prin găurirea decalată ca găurile într-un canel.

„La fel ca în Instrument muzicalSchuster a spus: „Puteți trimite una sau mai multe lungimi de undă de fotoni prin orice, iar fiecare lungime de undă creează o „notă” care poate fi folosită pentru a codifica Informații cantitativeCercetătorii 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 se comportă împreună.

În natură, fotonii interacționează rar – pur și simplu trec unul prin celălalt. Cu o pregătire minuțioasă, oamenii de știință pot determina uneori doi fotoni să interacționeze cu prezența celuilalt.

„Aici facem ceva mai neobișnuit”, a spus Schuster. „La început fotonii nu interacționează deloc, dar atunci când o fac energie totală În sistem se ajunge la un punct de cotitură, dintr-o dată, toți vorbesc între ei.”

A avea atât de mulți fotoni care „vorbesc” între ei într-un experiment de laborator este foarte ciudat, ca și cum ai vedea o pisică mergând pe picioarele din spate.

„De obicei, cele mai multe interacțiuni dintre particule sunt unu-la-unu – două particule care revin sau se atrag una pe cealaltă”, a spus Schuster. „Dacă adaugi un al treilea, de obicei continuă să interacționeze secvențial cu unul sau altul. Dar acest sistem îi face pe toți să interacționeze în același timp.”

Experimentele lor au testat doar până la cinci „note” la un moment dat, dar oamenii de știință și-au putut imagina în cele din urmă să treacă sute sau mii de note printr-un singur qubit pentru a le controla. Într-un proces la fel de complex precum un computer cuantic, inginerii vor să simplifice oriunde pot, a spus Schuster: „Dacă ai construi un computer cuantic cu o mie de biți și ai putea controla totul cu un singur bit, asta ar fi incredibil de valoros. .”

Cercetătorii sunt, de asemenea, încântați de același comportament. Nimeni nu a observat astfel de interacțiuni în natură, așa că cercetătorii speră, de asemenea, că descoperirea va fi utilă pentru simularea unor fenomene fizice complexe care nu pot fi văzute nici măcar aici pe Pământ, inclusiv poate chiar și unele fizice ale găurilor negre.

Dincolo de asta, experiențele sunt doar distractive.

„Interacțiunile cuantice apar de obicei la scări de lungime și timp care sunt prea mici sau rapide pentru a fi văzute. În sistemul nostru, putem măsura Fotonii În oricare dintre observațiile noastre și monitorizați impactul interacțiunii pe măsură ce are loc. Este foarte grozav să „vezi” o interacțiune cuantică cu ochiul tău, a spus Srivatsan Chakram, cercetător postdoctoral la Universitatea din Chicago, co-primul autor al lucrării și acum profesor asistent la Universitatea Rutgers.