Schrödingerin kissalle perheenlisäystä

Oxfordin yliopiston tutkijat ovat osoittaneet uuden kvanttisuperpositioiden perheen, jossa jokainen komponentti on itsessään erittäin eksoottinen kvanttitila – edistysaskel, joka laajentaa kvanttilaskennan, sensoroinnin ja virheenkorjauksen työkalupakkia.

Uudessa tutkimuksessa tutkijat esittelevät menetelmän superpositioiden luomiseksi laajasta joukosta komponentteja, jotka itsessään ovat hyvin epäklassisia, luoden siten uuden Schrödingerin kissan kaltaisten tilojen perheen.

Kokeessa käytettiin yhtä strontium-88-ionia, joka oli suljettu ioniloukkuun. Loukkuun jääneet ionit sopivat hyvin tällaiseen työhön, koska ne yhdistävät kaksi erilaista kvanttijärjestelmää yhdessä: ionin sisäinen elektroninen tila toimii kuin kvanttibitti eli kubitti, kun taas ionin fyysinen liike loukkua pitkin käyttäytyy kuin kvanttiharmoninen oskillaattori – järjestelmä, joka kykenee miehittämään monia eri kvanttitiloja.

Tutkimusryhmä vahvisti luomiensa tilojen luonteen tilatomografiaksi kutsutulla prosessilla, jossa koko kvanttitila rekonstruoidaan mittaussarjasta. Rekonstruoidut tilat osoittivat interferenssikuvioita ja negatiivisten arvojen alueita matemaattisessa esityksessä, jota kutsutaan Wigner-funktioksi – merkki siitä, että tilat ovat aidosti kvanttimaisia eikä niitä voida kuvailla tavallisiksi klassiseksi seokseksi.

Tietyllä keskimääräisellä energialla uusien superpositioiden havaittiin osoittavan suurempaa kvanttiresurssikykyä kuin standardit kissatilat tai Fock-tilat, mikä on olennainen ominaisuus niiden hyödyllisyyden kannalta kvanttilaskennassa.

”Kollegoidemme reaktio rohkaisi meitä todella paljon, kun näytimme heille tekemämme työn”, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja, tohtori Raghavendra Srinivas , joka myös Oxfordin yliopiston fysiikan laitokselta valvoi työtä. ”Uskomme, että olemme vielä raaputtamassa pintaa siitä, mikä on mahdollista sekä käytännön sovellusten että näiden tilojen ymmärtämisen kannalta perustavanlaatuisemmalla tasolla.”

Tämä työ avaa tien kohti rikkaampia jatkuvasti muuttuvia kvanttiteknologioita, joissa informaatio koodataan oskillaattorin kaltaisiin vapausasteisiin pelkkien kaksitasoisten kvanttibittien sijaan.

Tällaisista tiloista voisi tulla hyödyllisiä resursseja bosoniseen kvanttivirheiden korjaukseen ja samalla ne voisivat tarjota uuden alustan tutkia, kuinka pitkälle kvanttikäyttäytymistä voidaan viedä tutun klassisen intuition ulkopuolelle.

Aiheesta aiemmin:

Älykkäämpi tapa mitata kvanttijärjestelmiä

Kvantti-insinöörit luovat "Schrödingerin kissan" piisirulle

Metallikokkareita kvanttitilassa