Fysiker har lärt sig att extrahera information från ett kvantmekaniskt system utan att störa kvanttillståndet

Fysiker från ETH Zürich har kopplat en mekanisk resonator till ett supraledande kvantum

qubit. Tekniken som utvecklats av forskare och som beskrivs i en artikel i tidskriften Nature Physics gör det möjligt att mäta kvantegenskaperna hos ett mekaniskt resonatorsystem utan att störa kvanttillståndet.

Forskare använder en platta som en resonatorhögkvalitativ safir med en tjocklek på knappt 0,5 mm. Längst upp finns en tunn piezoelektrisk givare som kan excitera akustiska vågor som reflekteras underifrån och på så sätt fortplantas genom en väldefinierad volym inuti plattan. Forskarna noterar att dessa excitationer representerar den kollektiva rörelsen av ett stort antal atomer, som är kvantiserade (i fotoner) och kan utsättas för kvantoperationer.

Elektromagnetiska fält i samband medsupraledande krets, säkerställa anslutningen av qubit med den piezoelektriska givaren i den akustiska resonatorn och därmed med dess mekaniska kvanttillstånd.

Bild: von Lüpke et al., Nature Physics

Forskarna noterar att i sina experiment, nejdet sker ett direkt utbyte av energi mellan den supraledande qubiten och den akustiska resonatorn under mätningen. Istället beror qubitens egenskaper på antalet fononer i den akustiska resonatorn. Detta tillvägagångssätt gör det möjligt att studera det mekaniska kvanttillståndet på ett "kontaktfritt" sätt.

I sin studie kunde fysiker extraherafördelning av antalet fononer i dess akustiska resonator efter excitation med olika amplituder. Dessutom visade de ett sätt att i en enda mätning bestämma huruvida antalet fononer i en resonator är jämnt eller udda – den så kallade paritetsmätningen – utan ytterligare information om fononfördelningen. 

Forskare noterar att få just en sådan mycketspecifik information, snarare än någon annan, är avgörande i ett antal kvantteknologiska tillämpningar. Till exempel kan en förändring i paritet (som går från ett udda tal till ett jämnt tal eller vice versa) signalera att ett fel har påverkat kvanttillståndet.

Forskarna planerar att fortsätta arbeta medteknologi för att möjliggöra full kontroll av ett kvantmekaniskt system, såsom felkorrigering, samtidigt som ett kvanttillstånd bibehålls.

Läs mer

Amerikansk satellit "såg" ett ovanligt meddelande från jorden

Publicerad video från raketen, som avfyrades från en experimentell accelerator

Monstret i mitten av vår galax: titta på fotot av ett svart hål i Vintergatan