Звуковые волны позволяют квантовым системам «разговаривать» друг с другом

Рентгеновское изображение звуковых волн

Исследователи из Чикагского университета и Национальной лаборатории Аргонн изобрели инновационный способ для различных типов квантовых технологий «разговаривать» друг с другом с помощью звука. Исследование, опубликованное 11 февраля в журнале «Физика природы» , является важным шагом в приближении квантовой технологии к реальности.

Исследователи присматриваются к квантовым системам, которые используют причудливое поведение мельчайших частиц как ключ к принципиально новому поколению электроники атомного масштаба для вычислений и связи. Но постоянная проблема заключалась в передаче информации между различными типами технологий, такими как квантовая память и квантовые процессоры.

«Мы подошли к этому вопросу, задав вопрос: можем ли мы манипулировать квантовыми состояниями вещества и связывать их со звуковыми волнами?» сказал старший автор исследования Дэвид Авшалом, профессор семьи Лью из Института молекулярной инженерии и старший научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории.

Один из способов запустить операцию квантовых вычислений — использовать «спины» — свойство электрона, которое может быть вверх, вниз или оба. Ученые могут использовать их как нули и единицы в современном языке двоичного программирования. Но получение этой информации в другом месте требует переводчика, и ученые думали, что звуковые волны могут помочь.

«Цель состоит в том, чтобы соединить звуковые волны со спинами электронов в материале», — сказал аспирант Сэмюэль Уайтли, соавтор статьи. «Но первая задача — заставить спины обратить внимание». Поэтому они создали систему с изогнутыми электродами для концентрации звуковых волн, например, с помощью увеличительного стекла для фокусировки точки света.

на картинке Аргоннский ученый Мартин Холт
Аргоннский ученый Мартин Холт сделал рентгеновские снимки акустических волн с помощью жесткого рентгеновского нанозонда в Центре наноразмерных материалов и усовершенствованного источника фотонов в Аргонне. 

Результаты были многообещающими, но им нужно было больше данных. Чтобы лучше понять происходящее, они работали с учеными из Центра наноразмерных материалов в Аргонне, чтобы наблюдать за системой в режиме реального времени. По сути, они использовали чрезвычайно яркие, мощные рентгеновские лучи от гигантского синхротрона лаборатории, усовершенствованного источника фотонов, в качестве микроскопа для наблюдения за атомами внутри материала, когда звуковые волны проходили через него со скоростью почти 7000 километров в секунду.

«Этот новый метод позволяет нам наблюдать атомную динамику и структуру в квантовых материалах в чрезвычайно малых масштабах длины», — сказал Авшалом. «Это одно из немногих мест в мире, где есть приборы для непосредственного наблюдения за движением атомов в решетке при прохождении через них звуковых волн».

Исследователи сказали, что одним из многих удивительных результатов было то, что квантовые эффекты звуковых волн были более сложными, чем они могли себе представить. Чтобы построить всеобъемлющую теорию, лежащую в основе того, что они наблюдали на субатомном уровне, они обратились к профессору Джулии Галли, профессору семьи Лью в IME и старшему ученому в Аргонне. Моделирование системы включает в себя маршалинг взаимодействий каждой отдельной частицы в системе, которая растет экспоненциально, сказал Авшалом, «но профессор Галли является мировым экспертом в решении этой сложной задачи и интерпретации основополагающей физики, что позволило нам еще больше улучшить система «.

Обычно трудно передать квантовую информацию более чем на несколько микрон, сказал Уайтли, — это ширина одной нити шелка паука. Этот метод может расширить контроль над всей микросхемой или пластиной.

на картинке Акустический чип используется для генерации и контроля звуковых волн
Акустический чип используется для генерации и контроля звуковых волн.

«Результаты дали нам новые способы управления нашими системами и открыли возможности для исследований и технологических применений, таких как квантовое зондирование», — сказал исследователь докторской диссертации Гари Вулфович, другой соавтор исследования.

Это еще одно открытие от ведущей в мире программы Чикагского университета в области квантовой информатики и инженерии; В настоящее время Авшалом возглавляет проект по построению квантовой сети «телепортации» между Аргонной и Национальной ускорительной лабораторией Ферми для проверки принципов работы потенциально не взломанной системы связи.

Источник информации https://phys.org/news/2019-02-quantum_1.html

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...