ابتكر العلماء “فلوتًا كميًا” يمكنه أن يجعل جزيئات الضوء تتحرك معًا

ابتكر الفيزيائيون في جامعة شيكاغو “الفلوت الكمومي” الذي ، مثل المزمار ، يمكنه إجبار جزيئات الضوء على التحرك معًا بطرق لم يسبق لها مثيل من قبل.

موصوفة في دراستين نشرتا في خطابات الفحص البدني و الفيزياء الطبيعيةيمكن للاختراق أن يوجه الطريق إلى الإدراك ذكريات الكم أو أشكال جديدة من تصحيح الخطأ في أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، ومراقبة الظواهر الكمومية غير المرئية في الطبيعة.

مساعد. يعمل معمل البروفيسور ديفيد شوستر بتات الكم– المكافئ الكمي لقمة الكمبيوتر – الذي يسخر الخصائص الغريبة للجسيمات على المستوى الذري ودون الذري للقيام بأشياء مستحيلة بخلاف ذلك. في هذه التجربة ، عملوا مع جسيمات الضوء ، تسمى الفوتونات ، في طيف الميكروويف.

النظام الذي تخيلوه يتكون من تجويف طويل مصنوع من كتلة واحدة من المعدن ، يهدف إلى حبس الفوتونات عند ترددات الميكروويف. يتكون التجويف عن طريق حفر ثقوب تعويض ، مثل الثقوب في الفلوت.

“تمامًا كما هو الحال في الة موسيقيةقال شوستر ، “يمكنك إرسال طول موجي واحد أو أكثر من الفوتونات عبر المجموعة ، ويخلق كل طول موجي” ملاحظة “يمكن استخدامها لتشفير المعلومات الكميةيمكن للباحثين بعد ذلك التحكم في تفاعلات “الملاحظات” باستخدام بت كمومي رئيسي ، دائرة كهربائية فائقة التوصيل.

لكن أغرب اكتشافهم كان كيف تتصرف الفوتونات معًا.

في الطبيعة ، لا تتفاعل الفوتونات تقريبًا ، بل تمر عبر بعضها البعض. بالإعداد الدقيق ، يمكن للعلماء أحيانًا خداع فوتونين للرد على وجود الآخر.

قال شوستر: “نحن هنا نفعل شيئًا أكثر غرابة”. “في البداية لا تتفاعل الفوتونات على الإطلاق ، ولكن عندما تتفاعل إجمالي الطاقة في النظام يصل إلى نقطة تحول ، وفجأة يتحدثون جميعًا مع بعضهم البعض “.

إن وجود الكثير من الفوتونات “تتحدث” مع بعضها البعض في تجربة معملية أمر غريب للغاية ، مثل رؤية قطة تمشي على رجليها الخلفيتين.

قال شوستر: “في العادة ، تكون معظم تفاعلات الجسيمات واحدة لواحد ، حيث يرتد جسيمان أو يجتذبان بعضهما البعض”. “إذا أضفت ثلثًا ، فعادة ما يظلون يتفاعلون بالتتابع مع أحدهم أو الآخر. لكن هذا النظام يجعلهم جميعًا يتفاعلون في نفس الوقت.”

اختبرت تجاربهم ما يصل إلى خمس “ملاحظات” فقط في المرة الواحدة ، ولكن في النهاية يمكن للعلماء تخيل تشغيل مئات أو آلاف الملاحظات عبر كيوبت واحد للتحكم فيها. مع عملية معقدة مثل الكمبيوتر الكمي ، يرغب المهندسون في التبسيط أينما أمكنهم ، كما قال شوستر: “إذا أردت بناء كمبيوتر كمي بألف بتة ويمكنك التحكم فيها جميعًا من خلال جزء واحد ، فسيكون ذلك ذا قيمة لا تصدق. . “

الباحثون أيضا متحمسون للسلوك نفسه. لم يلاحظ أحد أي شيء مثل هذه التفاعلات في الطبيعة ، لذلك يأمل الباحثون أيضًا أن يكون الاكتشاف مفيدًا في محاكاة الظواهر الفيزيائية المعقدة التي لا يمكن رؤيتها حتى هنا على الأرض ، بما في ذلك ربما حتى تكون جزءًا من فيزياء الثقوب السوداء.

أبعد من ذلك ، التجارب ممتعة فقط.

“عادةً ما تحدث التفاعلات الكمومية على مقاييس الطول والوقت التي تكون صغيرة جدًا أو سريعة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها. في نظامنا ، يمكننا قياس الفوتونات في أي من ملاحظاتنا ، وراقب تأثير التفاعل فور حدوثه. قال سريفاتسان شاكرام ، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة UChicago ، المؤلف الأول المشارك للورقة ، وهو الآن أستاذ مساعد في جامعة روتجرز ، إنه من الرائع حقًا “رؤية” تفاعل كمي مع عينك “.