Första Observationen Av Ett Makroskopiskt Kvanthopp

En av de definierande egenskaperna hos kvantobjekt är deras förmåga att förändras från ett exciterat tillstånd till ett grundtillstånd utan att passera genom några mellanliggande tillstånd.

Konsekvenserna av kvanthopp fyller vår värld: kemi, till exempel, är i huvudsak vetenskapen om kvanthopp.

Men även om det är lätt att se konsekvenserna av kvanthopp, är det mycket svårare att fånga dem på bar gärning.

Under de senaste åren har fysiker arbetat hårt för att faktiskt titta på medan olika kvantobjekt gör ett hopp. De har gjort det för fotoner, elektroner, fångade joner och atomer, till och med vissa molekyler. Det är inte lätt men det kan göras

Men de har aldrig sett när ett makroskopiskt objekt hoppade från en energinivå till en annan. Det är inte för brist på makroskopiska kvantfenomen; det finns massor att välja mellan, som lasring och supraledning.

Allt detta förändras idag med ett tillkännagivande av Rajamani Vijayaraghavan och kompisar vid University of California, Berkeley, att de har sett ett makroskopiskt kvantobjekt hoppa för första gången.

Objektet i fråga är en supraledande qubit, det som fysiker ibland kallar en konstgjord atom. Atomen är en supraledande krets där laddningsflödet i en viss riktning kan representera en 0 medan flödet i motsatt riktning representerar t.ex. 1.

Fysiker kan titta på en supraledande qubit genom att bada den i mikrovågsfotoner inuti ett hålrum. interaktionen mellan foton och qubit ändrar fotonens egenskaper, såsom deras fas, som kan mätas när de kommer ut ur kaviteten.

Men för att se ett qubit-hopp måste fotonerna hänga kvar ganska länge, ungefär en mikrosekund eller så. Men eftersom fotoner är tillfälliga saker, tenderar de att vandra bort långt innan detta.

Knepet som Vijayaraghavan och kompisar har fulländat är att designa en kavitet som håller fotonerna sysselsatta tillräckligt länge för att uppleva hoppet. När det händer är det enkelt att se. De säger att det är den första observationen av kvanthopp i ett makroskopiskt kvantsystem.

Med makroskopisk menar de ungefär 10 mikrometer i diameter, storleken på deras supraledande krets. Det är ungefär lika stort som en röd blodkropp.

Det är ett nytt resultat men det är också ett potentiellt användbart resultat. Möjligheten att övervaka kvantbitar som hoppar från ett tillstånd till ett annat är en möjliggörande teknik som kan transformera kvantberäkningar. Till exempel, felkorrigeringskoder, utan vilka datorer helt enkelt inte fungerar, förlitar sig på denna typ av kontroll.

Dessutom säger Vijayaraghavan och kompisar att deras idéer lätt kan appliceras på andra typer av kvantsystem. Vår teknik kan lätt integreras i hybridkretsar som involverar molekylära magneter, kvävevakanser i diamant eller halvledarkvantprickar, säger de.

Om det visar sig vara sant, kan detta vara ett av dessa tekniska genombrott som kan förvandla opraktiska demonstrationsenheter till praktiska kraftpaket som kan fungera i den verkliga världen. Låt oss vänta och se.

Ref: arxiv.org/abs/1009.2969 : Observation av kvanthopp i en supraledande konstgjord atom

Dölj