Mekaanista kvanttitekniikkaa

Stanfordin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet tulevaisuuden kvanttifysiikkaan perustuvia avainteknologioita ajatellen kokeellisen mekaanisen laitteen.

Suurempi kuva

Amir Safavi-Naeinin johtamat Stanfordin tutkijat ovat osoittaneet uusia kykyjä kytkemällä pieniä nanomekaanisia oskillaattoreita sellaiseen piiriin, joka voi varastoida ja käsitellä energiaa kubitin muodossa.

"Haemme pohjimmiltaan "mekaanisten kvanttimekaanisten" järjestelmien rakentamista", toteaa Stanfordin apulaisprofessori Safavi-Naein.

Tutkimuksen tohtorikandidaatit Alex Wollack ja Agnetta Cleland valmistivat erikoislaitteilla piirikomponentteja nanometrien tarkkuudella kahdelle piipiirille. Niistä muodostettujen pietsosähköisten resonaattorien ja suprajohde piirin avulla saatiin aikaan mikroaaltofotonin muunnos värähtelyenergian kvantiksi eli fononiksi.

Fononien synnyttäminen mahdollisti kunkin nanomekaanisen oskillaattorin toimimisen rekisterinä, joka on pienin mahdollinen dataa säilyttävä elementti tietokoneessa.

Kuten kubitti, oskillaattorit voivat vastaavasti olla myös superpositiotilassa. Suprajohtavan piirin avulla tutkijat pystyivät valmistelemaan, lukemaan ja muokkaamaan rekistereihin tallennettua dataa käsitteellisesti samalla tavalla kuin perinteiset tietokoneet.

Superposition lisäksi laitteen fotonien ja resonaattorien välinen yhteys hyödynsi edelleen toista tärkeää kvanttimekaanista ilmiötä eli lomittumista. Kun yksi liikekvantti eli fononi jaetaan kahden nanomekaanisen laitteen välillä, se saa ne lomittumaan. (Kuvassa)

"Ilman superpositiota ja runsasta lomittumista et voi rakentaa kvanttitietokonetta", toteaa Safavi-Naeini.

"Kvanttimekaniikan omituisuus on tässä täysin esillä", toteaa Wollack. "Ääni ei tule vain erillisinä yksiköinä, vaan yksi äänihiukkanen voidaan jakaa kahden lomittuneen makroskooppisen esineen välillä, joista kummassakin on biljoonia atomeja, jotka liikkuvat tai eivät liiku yhdessä."

Käytännön laskelmien lopulta suorittamista varten jatkuvan lomittumisen eli koherenssin ajanjakson pitäisi olla huomattavasti pidempi – sekuntien luokkaa tähän mennessä saavutettujen sekuntien murto-osien sijaan.

Safavi-Naeini ja hänen kirjoittajansa uskovat, että pidemmät koherenssiajat ovat helposti saavutettavissa hiomalla valmistusprosesseja ja optimoimalla käytetyt materiaalit.

"Olemme parantaneet järjestelmämme suorituskykyä viimeisten neljän vuoden aikana lähes kymmenkertaisesti joka vuosi", sanoi Safavi-Naeini.

"Jatkamme konkreettisia askeleita kohti kvanttimekaanisten laitteiden, kuten tietokoneiden ja antureiden, kehittämistä ja tuomme mekaanisten järjestelmien hyödyt kvanttialueelle."

Aiheesta aiemmin:

Suurten esineiden välinen kvanttilomittuminen

Kvanttimikrofonista kvanttitietokoneeseen

Kvanttimekaniikka näkyväksi