Perhatikan lebih dekat keanehan kuantum dalam cara baru pengendalian dan pengukuran nuklir

Sebuah tim peneliti Princeton yang dipimpin oleh Jeff Thompson, asisten profesor teknik kelistrikan, kini telah mengembangkan cara baru untuk mengontrol dan mengukur atom sehingga tidak ada lensa optik yang berdekatan yang dapat membedakannya.

Dijelaskan dalam artikel yang diterbitkan di jurnal 30 Oktober 2020 Ilmu, Metode mereka menggairahkan atom erbium jarak dekat dari kristal menggunakan laser yang disetel dengan baik dalam sirkuit optik skala nanometer. Masing-masing peneliti memanfaatkan fakta itu Atom Cahaya laser merespon frekuensi atau warna yang sedikit berbeda, memungkinkan peneliti untuk memecahkan dan mengontrol banyak atom tanpa bergantung pada informasi lokalnya.

Dalam mikroskop konvensional, jarak antara dua atom menghilang secara efektif ketika pemisahan mereka di bawah jarak asli yang disebut batas hamburan, yang kira-kira sama dengan panjang gelombang cahaya. Itu menyerupai dua bintang jauh yang muncul sebagai satu titik di langit malam. Namun, ini juga merupakan skala di mana atom mulai berinteraksi dan memunculkan perilaku mekanik kuantum yang kaya dan menarik.

“Kami selalu bertanya-tanya, pada tingkat paling dasar – di dalam padatan, di dalam kristal – apa yang sebenarnya dilakukan atom? Bagaimana mereka berinteraksi? Andre Pharaoh, fisikawan di California Institute of Technology yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut, mengatakan. “Ini [paper] Membuka jendela untuk mempelajari molekul di sekitar “”

Mempelajari sejumlah kecil molekul dan interaksinya memungkinkan para ilmuwan untuk mengeksplorasi dan mengontrol properti kuantum yang dikenal sebagai spin. Sebagai bentuk gerakan, berputar biasanya digambarkan naik atau turun (atau keduanya, tapi itu cerita lain). Ketika jarak antara dua atom punah kecil – hanya satu miliar meter – putaran salah satu mempengaruhi putaran atom lainnya dan sebaliknya. Saat spin berinteraksi dalam keadaan ini, mereka bisa terjerat. Ilmuwan menggunakan istilah scientist untuk menjelaskan beberapa partikel lagi yang terkait secara inheren. Tidak. Keterikatan adalah fenomena penting yang memisahkan mekanika kuantum dari dunia klasik dan berada di pusat filsafat teknologi kuantum. Perangkat Princeton yang baru merupakan langkah bagi para ilmuwan untuk mempelajari interaksi putaran ini dengan presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Fitur penting dari perangkat Princeton yang baru adalah kemungkinan untuk menangani ratusan atom secara bersamaan, menyediakan laboratorium kuantum yang kaya sehingga pengalaman dapat diperoleh. Ini adalah jaminan bagi fisikawan yang berharap untuk membuka kunci dengan sifat rapuh dari misteri terdalam yang terlibat dalam kenyataan.

Investigasi semacam itu bukanlah rahasia. Selama tiga dekade terakhir, para insinyur telah mencoba menggunakan fenomena kuantum untuk menciptakan teknologi kompleks untuk pemrosesan dan komunikasi data, dari blok bangunan logis komputer kuantum yang muncul, yang mampu memecahkan masalah yang tidak mungkin terjadi, menghubungkan mesin ke metode komunikasi ultrasound. Untuk lebih mengembangkan sistem ini, para ilmuwan perlu melibatkan partikel secara andal dan melibatkannya untuk menyandikan dan memproses informasi.

Tim Thompson melihat peluang di Erbium. Menurut para peneliti, sers, yang terutama digunakan dalam laser dan magnet, belum banyak dieksplorasi untuk digunakan dalam sistem kuartum karena sulit untuk diamati, kata para peneliti. Tim membuat terobosan pada 2018, mengembangkan cara untuk meningkatkan cahaya yang dipancarkan oleh atom-atom ini dan mendeteksi sinyal itu dengan sangat efisien. Sekarang mereka telah menunjukkan bahwa mereka dapat melakukan semuanya

Ketika laser menyinari atom, itu tidak hanya mendorong mereka untuk menyebarkan cahaya redup pada frekuensi yang unik, tetapi juga cukup besar untuk mengawetkan dan membaca putaran atom. Frekuensi-frekuensi ini sangat bervariasi sesuai dengan keadaan atom yang berbeda, sehingga “naik” memiliki satu frekuensi dan “turun” memiliki frekuensi lainnya, dan setiap atom memiliki frekuensi sendiri-sendiri.

“Jika Anda memiliki umpan untuk berhenti, semuanya memancarkan cahaya pada frekuensi yang sangat berbeda. Jadi kita dapat mengatasinya dengan menyetel laser secara hati-hati ke satu atau frekuensi lain, meskipun kita tidak memiliki kemampuan untuk menyelesaikannya secara spasial, “kata Thompson.” Setiap atom menunjukkan semua cahaya tetapi hanya mendengar frekuensi yang mereka setel. “

Frekuensi cahaya kemudian menjadi proxy yang sempurna untuk putaran. Mengganti putaran ke atas dan ke bawah memberi para peneliti cara untuk menghitung. Ini setara dengan transistor yang dinyalakan atau dimatikan di komputer klasik, memberi kita nol di dunia digital dan melahirkannya.

Untuk membangun fondasi prosesor kuantum yang berguna, penghentian ini perlu selangkah lebih maju.

“Kekuatan percakapan terkait dengan jarak antara dua putaran,” kata peneliti postdoctoral lab Thompson dan salah satu dari dua penulis terkemuka makalah itu. “Kami ingin mendekatkan mereka sehingga kami dapat melakukan interaksi ini dan menggunakan interaksi ini untuk membuat gerbang logika kuantum.”

Quantum Logic Gate membutuhkan dua atau lebih qubit yang terlibat, memungkinkannya melakukan operasi kuantum secara unik, seperti menghitung pola lipatan protein atau merutekan informasi melalui Quantum Internet.

Thompson, yang memimpin prakarsa Ilmu Kuantum $ 115 juta baru di Departemen Energi A.S., bertujuan untuk mengguncang kutipan ini. Di bidang material Pusat Desain Bersama untuk Keuntungan Kuantum, dia memimpin di segmen komputasi dan jaringan.

Jenis quibit baru, terutama efektif dalam aplikasi jaringan, Quibit dapat mengoperasikan sistem Irbim menggunakan infrastruktur telekomunikasi yang ada, mentransmisikan sinyal dalam bentuk lampu yang dikodekan pada perangkat silikon dan serat optik. Kedua fitur ini memberi Irbium keunggulan industri atas Quibit solid-state tercanggih saat ini yang mentransmisikan data melalui panjang gelombang cahaya tampak yang tidak berfungsi baik dengan jaringan komunikasi serat optik.

Namun demikian, untuk beroperasi dalam skala, sistem erbium perlu direkayasa lebih lanjut.

Meskipun tim dapat mengontrol dan mengukur posisi putaran tidak peduli seberapa dekat putarannya dengan berhenti dan menggunakan struktur optik untuk menghasilkan pengukuran dengan ketelitian tinggi, mereka tidak dapat serta merta menyelaraskan putaran untuk membentuk gerbang bi-cobit. Untuk melakukan ini, para insinyur perlu menciptakan komponen terpisah untuk menampung atom erbium. Studi ini dirancang dengan mempertimbangkan perbaikan masa depan ini.

“Salah satu keuntungan besar dari cara kami melakukan tes ini adalah tidak ada hubungannya dengan host yang duduk di erbium,” kata mahasiswa elektronika tahun keenam dan salah satu dari dua pemimpin dalam makalah penelitian. “Kecuali jika Anda bisa memasukkan erbium ke dalamnya dan mengocoknya, Anda siap melakukannya.”

Referensi: “Kontrol terintegrasi dari putaran solid-state di bawah pengukuran tembakan tunggal paralel dan batas isolasi” Sontao Chen, Moktik Raha, Christopher M. Fenissi, Selim Oury dan Jeff D. Thompson, 30 Oktober 2020, Ilmu.
DOI: 10.1126 / Science.ABC 7821

Christopher M., seorang mahasiswa pascasarjana di bidang teknik elektronik. Fenissi dan Selim Ourio juga berkontribusi pada makalah penelitian ini. Pekerjaan tersebut dilakukan bersama dengan Princeton Quantum Initiative dan sebagian didanai oleh National Science Foundation, Pusat Princeton untuk Bahan Kompleks, Program Investigator Muda untuk Penelitian Ilmiah Kantor Angkatan Udara, dan Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan. .

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.