„Kvantová flétna“ rozpohybuje světlo způsobem, který dosud nikdo neviděl

Vědci vytvořili „kvantovou flétnu“, která dokáže přimět fotony, aby se pohybovaly synchronizovaně a vzájemně interagovaly, což v přírodě téměř nikdy nedělají. Zařízení by mohlo pomoci zlepšit budoucí návrhy kvantových počítačů.

Stejně jako jeho stejnojmenný hudební nástroj je kvantová flétna týmu kus kovu s dlouhou dutinou uprostřed přístupnou řadou otvorů z povrchu. Ale spíše než zvukové vlny je toto zařízení určeno pro světlo.

„Stejně jako v hudebním nástroji můžete poslat jednu nebo několik vlnových délek fotonů přes celou věc a každá vlnová délka vytvoří ‚notu‘, kterou lze použít ke kódování kvantové informace,“ řekl David Schuster, hlavní autor studie.

Tyto různé poznámky by podle týmu mohly fungovat jako kvantové bity (qubity) dat, což znamená, že by mohly být použity k vytvoření nových typů paměti pro kvantové počítače nebo pomoci opravit chyby, ke kterým je tato technologie náchylná. Ve svých experimentech se zařízením byli vědci schopni ovládat interakce až pěti not nebo qubitů najednou pomocí supravodivého elektrického obvodu jako hlavního qubitu. To ukazuje, že pokud by byl systém rozšířen, mohlo by to výrazně zjednodušit ovládání budoucích kvantových počítačů.

„Pokud byste chtěli postavit kvantový počítač s 1000 bity a mohli byste je všechny ovládat pomocí jediného bitu, bylo by to neuvěřitelně cenné,“ řekl Schuster.

Schusterova laboratoř

Ale možná nejpodivnější na této kvantové flétně je, že funguje tak, že manipuluje s fotony tak, aby dělaly věci, které v přírodě dělají jen zřídka. Tyto částice světla spolu normálně neinteragují, což znamená, že sviští těsně kolem sebe nebo dokonce skrz sebe. Za určitých podmínek je lze občas přimět k interakci ve dvojicích, ale v novém zařízení se týmu podařilo přimět všechny fotony k vzájemné interakci najednou poté, co energie v systému dosáhne bodu zvratu.

„Normálně je většina interakcí částic jedna na jednu – dvě částice se odrážejí nebo se navzájem přitahují,“ řekl Schuster. „Pokud přidáte třetí, obvykle stále interagují postupně s jedním nebo druhým. Ale tento systém je všechny komunikuje ve stejnou dobu.“

Spolu s pokrokem kvantových počítačů tým tvrdí, že toto neobvyklé skupinové chování by mohlo odemknout nové způsoby studia fyziky a dalších kvantových jevů, které možná nebyly dříve pozorovány.

Výzkum byl publikován ve dvou článcích, v časopisech Dopisy fyzické revize a Přírodní fyzika.

Zdroj: University of Chicago