Kvanttitaso ja mekaniikka vuorovaikutukseen

Nykyään tiedemiesten haasteena on saada herkät kvanttijärjestelmät pelaamaan yhteen mekaanisten järjestelmien kanssa, jotka ovat paljolti jo olemassa olevaa tekniikkaa.

Chicagon yliopiston ja Argonne National Laboratoryn tutkijat ovat rakentaneet mekaanisen järjestelmän eli eräänlaisen pienen "kaikukammion" ääniaallolle - jota voidaan hallita kvanttitasolla kytkemällä se kvanttipiireihin.

Läpimurto voisi laajentaa kvanttitekniikan ulottuvuutta uusiin kvanttiantureihin, viestintään ja muisteihin.

"Saada nämä kaksi teknologiaa puhumaan toisilleen on avainasemassa kaikentyyppisille kvanttisovelluksille", sanoo professori Andrew Cleland Argonnen Kansallisesta laboratoriosta. "Tällä lähestymistavalla olemme saattaneet mekaanisen järjestelmän kvanttiohjauksen tasolle, joka on paljon enemmän kuin aiemmin on saatu aikaan."

Erityisesti Cleland toteaa, että on ollut paljon kiinnostusta integroida kvantti- ja mekaanisia järjestelmiä, jotta saataisiin aikaan uskomattoman tarkkoja kvanttiantureita, jotka voisivat havaita pienimmät värinät tai olla vuorovaikutuksessa yksittäisten atomien kanssa.

Clelandin tutkimus keskittyy osittain kvanttipiireihin, ja hän halusi liittää yhteen näitä piirejä laitteeksi, joka tuottaa pinta-akustisia aaltoja. Tämä ilmiö on avainasemassa jokapäiväisissä laitteissa, kuten matkapuhelimissa ja radiovastaanottimissa.

Keskeinen läpimurto oli rakentaa kaksi järjestelmää erikseen, erilaisista materiaaleista ja sitten yhdistää ne. Tämä mahdollisti ryhmän optimoida kumpaakin komponenttia ja silti saada ne kommunikoimaan keskenään. Molempia täytyy pitää hyvin, hyvin kylminä - vain kymmenen tuhannesosa astetta absoluuttisen lämpötilan yläpuolella.

Tutkijat ovat innoissaan, koska kytkentä antaa heille alustan kokeilla ääniä kvanttitasolla. Cleland toteaa, että "ääni liikkuu 100 000 kertaa hitaammin kuin valo, mikä antaa enemmän aikaa tehdä asioita. Esimerkiksi jos tallennat kvantti-informaatiota muistiin, se voi säilyä paljon pidempään äänessä kuin valossa."

Tekniikka voisi johtaa muuntamaan ultrakylmässä toimivan kvantti-informaation optisiksi signaaleiksi, jotka voitaisiin sitten välittää suurilla etäisyyksillä huoneenlämmössä.

Erillinen tutkimus, jota johti Robert Schoelkopf Yalen yliopistosta, esittää yksittäisen fononin virityksen generoinnin. Yhdessä nämä kaksi tutkimusta avaavat uuden keinon myös kvantti-informaation tallentamiseen, kertovat tutkijat.

Aiheesta aiemmin: