Nanoskalowe stanowisko testowe do badania zjawisk kwantowych
Choć może się wydawać, że badanie teoretyczne świata kwantowego jest prostsze niż badanie eksperymentalne, to przeszkodą mogą być ograniczone moce obliczeniowe komputerów. Naukowcy zbudowali eksperymentalny symulator kwantowy, który umożliwia sprawdzanie przewidywań i hipotez w praktyce.
Niezwykłe postępy zarówno w zakresie metod doświadczalnych, jak i
teoretycznych torują drogę ku zupełnie nowemu, kwantowemu światu. W
świecie tym właściwości materii nie spełniają założeń mechaniki
klasycznej i niemal wszystko jest możliwe. Analiza tych oddziaływań
mających miejsce na poziomie atomowym i subatomowym oraz problemów
wielociałowych może jednak wymagać zbyt dużych mocy obliczeniowych.
Naukowcy stworzyli eksperymentalne stanowisko testowe, symulator kwantowy, który pomaga formułować i sprawdzać hipotezy dotyczących skomplikowanych zachowań systemów kwantowych. W ramach finansowanego przez UE projektu MOQUASIMS (Memory-enabled optical quantum simulators) uczeni zbudowali także i wdrożyli system kwantowy umożliwiający przechwytywanie fotonów i przetrzymywanie ich w nieruchomych wzbudzeniach atomowych. Inaczej mówiąc, stworzyli oni podstawy dla pierwszego w historii programowalnego symulatora kwantowego, który dzięki połączeniu tych dwóch funkcji może umożliwić budowę pamięci optycznej.
Stanowisko pamięci kwantowej przechowuje szerokopasmowe światło w oparach cezu w temperaturze pokojowej. Uzyskanie działania w temperaturze pokojowe to wielkie osiągnięcie w przypadku większości technologii. Wyeliminowanie konieczności chłodzenia lub nagrzewania pozwala zminimalizować złożoność urządzenia i zmaksymalizować jego efektywność. Ułatwia też późniejsze wprowadzenie takiego urządzenia na rynek dzięki niższym kosztom inwestycyjnym i prostszej obsłudze.
Rozwiązania zaobserwowanych problemów z zakłóceniami pozwoliły przechowywać i odzyskiwać gigahertzowe fotony szerokopasmowe w sposób programowalnych, w środowisku o bardzo niskich zakłóceniach. W szczególności, system potrafi niezawodnie transportować pojedynczy foton w cyklu subnanosekundowym.
Następnie zespół stworzył w całości optyczną zintegrowaną sieć, fotoniczny chip o dużym stopniu skomplikowania, który umożliwia symulację wielu różnych ciekawych zjawisk fizyki kwantowej. Ten uproszczony model wykorzystano już do przeprowadzenia różnych doświadczeń kwantowych, w tym symulacji analogu kwantowego systemu fotosyntezy.
Krokiem końcowym będzie zintegrowanie tych dwóch modułów. System ten pozwoli na prowadzenie eksperymentów, które nie były wcześniej możliwe, a także praktyczne wykorzystanie ich w opracowywaniu bezwarunkowej bezpiecznej komunikacji, superszybkich komputerów lub bardzo precyzyjnych pomiarów. W ramach projektu MOQUASIMS powstało potężne narzędzie, które ma potencjał, by zmienić to, jak postrzegamy świat wokół nas.
opublikowano: 2015-08-19