211service.com
Eerste waarneming van een macroscopische kwantumsprong
Een van de bepalende kenmerken van kwantumobjecten is hun vermogen om van een aangeslagen toestand naar een grondtoestand te veranderen zonder door tussenliggende toestanden te gaan.
De gevolgen van kwantumsprongen vullen onze wereld: scheikunde, bijvoorbeeld, is in wezen de wetenschap van kwantumsprongen.
Maar hoewel het gemakkelijk is om de gevolgen van kwantumsprongen te zien, is het veel moeilijker om ze op heterdaad te betrappen.
De afgelopen jaren hebben natuurkundigen hard gewerkt om daadwerkelijk toe te kijken terwijl verschillende kwantumobjecten een sprong maken. Ze hebben het gedaan voor fotonen, elektronen, opgesloten ionen en atomen, zelfs sommige moleculen. Het is niet gemakkelijk, maar het kan worden gedaan
Maar ze hebben nog nooit gezien hoe een macroscopisch object van het ene energieniveau naar het andere sprong. Dat komt niet door een gebrek aan macroscopisch kwantumfenomeen; er is keuze genoeg, zoals laseren en supergeleiding.
Dat verandert vandaag allemaal met een aankondiging door Rajamani Vijayaraghavan en vrienden van de University of California, Berkeley, dat ze voor het eerst een macroscopisch kwantumobject hebben zien springen.
Het object in kwestie is een supergeleidende qubit, wat natuurkundigen soms een kunstmatig atoom noemen. Het atoom is een supergeleidend circuit waarin de stroom van lading in een bepaalde richting een 0 kan vertegenwoordigen, terwijl de stroom in de tegenovergestelde richting bijvoorbeeld 1 voorstelt.
Natuurkundigen kunnen een supergeleidende qubit bekijken door hem in microgolffotonen in een holte te baden. de interactie tussen foton en qubit verandert de eigenschappen van het foton, zoals hun fase, die kan worden gemeten als ze uit de holte komen.
Maar om een qubit te zien springen, moeten de fotonen vrij lang blijven hangen, ongeveer een microseconde. Maar omdat fotonen kortstondige dingen zijn, hebben ze de neiging om lang daarvoor af te dwalen.
De truc die Vijayaraghavan en vrienden hebben geperfectioneerd, is om een holte te ontwerpen die de fotonen lang genoeg bezig houdt om de sprong te ervaren. Wanneer dat gebeurt, is het eenvoudig te zien. Ze zeggen dat het de eerste waarneming is van kwantumsprongen in een macroscopisch kwantumsysteem.
Met macroscopisch bedoelen ze een doorsnede van ongeveer 10 micrometer, de grootte van hun supergeleidende circuit. Dat is ongeveer de grootte van een rode bloedcel.
Dat is een nieuw resultaat, maar het is ook potentieel nuttig. De mogelijkheid om qubits te monitoren die van de ene staat naar de andere springen, is een technologie die quantum computing zou kunnen transformeren. Foutcorrectiecodes, zonder welke computers gewoon niet werken, vertrouwen op dit soort controle.
Bovendien zeggen Vijayaraghavan en vrienden dat hun ideeën gemakkelijk kunnen worden toegepast op andere soorten kwantumsystemen. Onze technologie kan gemakkelijk worden geïntegreerd in hybride circuits met moleculaire magneten, stikstofvacatures in diamant of halfgeleiderkwantumdots, zeggen ze.
Als dat waar blijkt te zijn, kan dit een van die technische doorbraken zijn die onpraktische demonstratie-apparaten kunnen veranderen in praktische krachtpatsers die in de echte wereld kunnen werken. Laten we afwachten.
Referentie: arxiv.org/abs/1009.2969 : Observatie van kwantumsprongen in een supergeleidend kunstmatig atoom