Lomittumista makrotasolla

Lomittuminen on nykyisen teknologian olemusta muuttavan kvanttivallankumouksen ytimessä.

Vaikka lomittuminen on osoitettu hyvin pienissä hiukkasissa, Chicagon yliopiston Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) laboratorion professori Andrew Clelandin vetämät tutkimukset ajattelevat isosti ja osoittavat korkealaatuista lomittumista kahden akustisen aaltoresonaattorin välillä.

"Monet tutkimusryhmät ovat osoittaneet, että he voivat lomittaa hyvin, hyvin pieniä asioita yhteen elektroniin asti. Mutta tässä voimme osoittaa lomittumisen kahden massiivisen esineen välillä", sanoi tohtoritutkija Ming-Han Chou. "Toinen asia, jonka osoitamme tässä tutkimuksessa, on, että alustamme on skaalautuva. Jos voit kuvitella rakentavansa suuren kvanttiprosessorin, alustamme olisi kuin yksikkösolu siinä."

Tämä lomittuminen ei ole molekyylien, atomien tai muiden resonaattoreita muodostavien hiukkasten välillä, vaan "fononien" välillä, jotka miehittävät resonaattoreita. Nämä ovat nanomittakaavan mekaanisia värähtelyjä, joita pidettäisiin ääninä, jos korvat olisivat tarpeeksi pienet kuulemaan ne.

"Fononit ovat äänen kvanttihiukkasia", sanoi tohtoritutkija Hong Qiao. "Fononi ei ole alkuainehiukkanen. Se on ehkä kvadriljoonien yhdessä käyttäytyvien hiukkasten kollektiivista liikettä. Tämä on makroskooppista verrattuna muihin kvanttijärjestelmiin, joissa lomittuu yksittäisiä elektroneja, yksittäisiä atomeja, yksittäisiä fotoneja."

Tämän kollektiivisen, äänimäisen liikkeen yhdistäminen on ollut pitkään Clelandin tutkimuksen painopiste. Hänen laboratorionsa tohtoritutkijoineen keksi ensimmäisenä, kuinka luoda ja havaita yksittäisiä fononeita ja ensimmäinen, joka lomitti kaksi fononia.

"Perinteinen viisaus on ollut, että kvanttimekaniikka hallitsee fysiikkaa pienimmässä mittakaavassa, kun taas klassinen fysiikka hallitsee ihmisen mittakaavaa", Cleland sanoi. "Mutta kykymme lomittaa massiivisia esineitä lomittamalla yhteen niiden kollektiivista liikettä rikkoo tätä rajaa. Alue, jolla Erwin Schrödingerin kissa on, kasvaa jokaisen edistymisen myötä."

Tiimin rakentama laite on keskitetty kahteen pinta-akustiseen aaltoresonaattoriin, joista kumpikin on omalla sirullaan omalla mekaanisella tukirakenteella ja joka on kytketty omaan suprajohtavaan kubittiinsa. Kubitteja käytetään lomittuneiden fononitilojen muodostamiseen ja havaitsemiseen. Tällä laitteella Clelandin ryhmän tutkijat osoittivat, että suuret resonaattorit voivat olla sekä kvanttislomittuneita että fyysisesti erillään.

"Mekaanisella resonaattorillamme on suhteellisen lyhyt käyttöikä, ja se on rajoittanut melkoisesti tämän lähestymistavan suorituskykyä", Chou sanoi. "Seuraava askel on hyvin selvä: yritämme parantaa mekaanisen resonaattorin käyttöikää."

Aiheesta aiemmin:

Suurten esineiden välinen kvanttilomittuminen

Kvanttilomittuminen ja topologia ovat erottamattomia