Kvantti-insinöörit luovat "Schrödingerin kissan" piisirulle

Yksi tunnetuimmista kvanttiajattelun kokeista on "Schrödingerin kissa" - kissa, jonka elämä tai kuolema riippuu radioaktiivisen atomin hajoamisesta.

UNSW:n Professori Morellon työryhmä käytti uusimmassa tutkimustyössään antimoniatomia, joka on paljon monimutkaisempi kuin tavalliset kubitit tai kvanttirakenneosat.

"Työssämme "kissa" on antimoniatomi", sanoo Xi Yu, raportin johtava kirjoittaja. "Antimoni on raskas atomi, jolla on suuri ydinspin eli suuri magneettinen dipoli. Antimonin spin voi kulkea kahdeksaan eri suuntaan kahden sijasta. Tämä ei ehkä tunnu paljolta, mutta itse asiassa se muuttaa järjestelmän täysin. "Vastakkaisiin suuntiin osoittavan antimonispin superpositio ei ole vain "ylös" ja "alas" superpositio, koska on olemassa useita kvanttitiloja, jotka erottavat superposition kaksi haaraa."

Tällä on syvällisiä seurauksia tutkijoille, jotka työskentelevät kvanttitietokoneen rakentamisessa käyttämällä atomin ydinspiniä perusrakennuspalikkana.

"Tavallisesti ihmiset käyttävät kvanttibittiä tai "kubittiä" - objektia, jota kuvaa vain kaksi kvanttitilaa – kvantti-informaation perusyksikkönä", sanoo toinen kirjoittaja Benjamin Wilhelm.

"Jos kubitti on spin, voimme kutsua "spin alas" -tilaksi "0" ja "spin ylös" -tilaksi "1". Mutta jos spinin suunta yhtäkkiä muuttuu, meillä on heti looginen virhe: 0 muuttuu 1:ksi tai päinvastoin, vain yhdellä kertaa. Tästä syystä kvantti-informaatio on niin hauras."

Mutta antimoniatomissa, jolla on kahdeksan eri spinien suuntaa, jos "0" on koodattu "kuolleeksi kissaksi" ja "1" "eläväksi kissaksi", yksi virhe ei riitä kvanttikoodin sekoittamiseen.

"Kuten sananlasku sanoo, kissalla on yhdeksän elämää. Yksi pieni naarmu ei riitä tappamaan sitä. Metaforisella "kissallamme" on seitsemän elämää: tarvittaisiin seitsemän peräkkäistä virhettä, jotta "0" muuttuu 1:ksi! Tämä on se merkitys, jossa antimonin spin-tilojen superpositio vastakkaisiin suuntiin on "makroskooppista" - koska se tapahtuu suuremmassa mittakaavassa ja realisoi Schrödinger-kissan", selittää Yu.

Tutkijoiden antimonikissa on upotettu piikvanttisirun sisään, mutta se on mukautettu antamaan pääsy yksittäisen atomin kvanttitilaan. "Isännöimällä atomista "Schrödinger-kissaa" piisirun sisällä saamme erinomaisen hallinnan sen kvanttitilaan - tai haluttaessa sen elämään ja kuolemaan", tohtori Holmes sanoo.

Tämän läpimurron merkitys on, että se avaa oven uudelle tavalle suorittaa kvanttilaskentaa. Informaatio on edelleen koodattu binäärikoodilla, 0 tai 1, mutta loogisten koodien välillä on enemmän ”tilaa virheelle".

"Yksittäinen tai jopa muutama virhe ei heti sekoita informaatiota", professori Morello sanoo. "Ja jos virhe tapahtuu, se havaitaan heti ja voimme korjata sen ennen kuin enemmän virheitä kertyy.

Kvanttivirheiden havaitsemisen ja korjaamisen demonstrointi – kvanttilaskennan "pyhä malja" - on seuraava virstanpylväs, johon tiimi aikoo paneutua.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttitietokoneita atomeihin perustuen

Lihonneita kvantikissoja

Atomiytimen spinin hallinta sähköisesti