Fyysikot ovat oppineet poimimaan tietoa kvanttimekaanisesta järjestelmästä kvanttitilaa häiritsemättä

ETH Zürichin fyysikot ovat yhdistäneet mekaanisen resonaattorin suprajohtavaan kvanttiin

qubit. Tutkijoiden kehittämä ja Nature Physics -lehden artikkelissa kuvattu tekniikka mahdollistaa mekaanisen resonaattorijärjestelmän kvanttiominaisuuksien mittaamisen kvanttitilaa häiritsemättä.

Tiedemiehet käyttävät levyä resonaattorinakorkealaatuinen safiiri, jonka paksuus on hieman alle 0,5 mm. Sen yläosassa on ohut pietsosähköinen anturi, joka voi herättää akustisia aaltoja, jotka heijastuvat alhaalta ja siten etenevät laatan sisällä tarkasti määritellyn tilavuuden läpi. Tutkijat huomauttavat, että nämä viritykset edustavat suuren joukon atomien kollektiivista liikettä, jotka kvantisoidaan (fotoneina) ja joille voidaan suorittaa kvanttioperaatioita.

Sähkömagneettiset kentät liittyvätsuprajohtava piiri, varmista kubitin yhteys akustisen resonaattorin pietsosähköiseen muuntimeen ja siten sen mekaanisiin kvanttitiloihin.

Kuva: von Lüpke et al., Nature Physics

Tutkijat huomauttavat, että heidän kokeissaan eisuprajohtavan kubitin ja akustisen resonaattorin välillä tapahtuu suora energianvaihto mittauksen aikana. Sen sijaan kubitin ominaisuudet riippuvat akustisen resonaattorin fononien lukumäärästä. Tämä lähestymistapa mahdollistaa mekaanisen kvanttitilan tutkimisen "kosketuksettomalla" tavalla.

Fyysikot pystyivät tutkimuksessaan poimimaansen akustisessa resonaattorissa olevien fononien lukumäärän jakautuminen eri amplitudeilla tapahtuvan virityksen jälkeen. Lisäksi he osoittivat tavan määrittää yhdellä mittauksella, onko resonaattorissa olevien fononien lukumäärä parillinen vai pariton – niin sanottu pariteettimittaus – ilman lisätietoa fononien jakautumisesta. 

Tutkijat huomauttavat, että saada juuri sellainen hyvintietyt tiedot ovat ratkaisevan tärkeitä useissa kvanttiteknologian sovelluksissa. Esimerkiksi pariteetin muutos (siirtyminen parittomasta luvusta parilliseen tai päinvastoin) voi olla merkki siitä, että virhe on vaikuttanut kvanttitilaan.

Tutkijat aikovat jatkaa työskentelyätekniikka mahdollistaa kvanttimekaanisen järjestelmän täyden hallinnan, kuten virheenkorjauksen, samalla kun kvanttitila säilyy.

Lue lisää

Amerikkalainen satelliitti "näki" epätavallisen viestin Maasta

Julkaistu video raketista, joka laukaistiin kokeellisesta kiihdyttimestä

Hirviö galaksimme keskustassa: katso kuvaa Linnunradan mustasta aukosta