Untuk menyiasati kendala fisika kuantum, para peneliti telah membangun sistem akustik baru untuk mempelajari cara atom -atom kecil dari materi yang kental berbicara bersama. Mereka berharap suatu hari untuk membangun versi akustik komputer kuantum.
Apa yang terjadi ketika fisikawan kuantum frustrasi oleh keterbatasan mekanika kuantum ketika mencoba mempelajari atom yang padat? Di EPFL, Anda mendapatkan metamaterial, bahan rekayasa yang menunjukkan sifat eksotis.
Fisikawan yang frustrasi itu adalah kandidat PhD Mathieu Padlewski. Bekerja sama dengan Hervé Lissek dan Romain Fleury di Laboratorium Rekayasa Gelombang EPFL, Padlewski telah membangun sistem akustik baru untuk mengeksplorasi materi kental dan sifat makroskopiknya, sementara menghindari sifat yang sangat sensitif yang melekat pada fenomena kuantum. Selain itu, sistem akustik dapat diubah untuk mempelajari sifat-sifat yang melampaui fisika solid-state. Hasilnya diterbitkan di Ulasan Fisik b .
“Kami pada dasarnya telah membangun taman bermain yang terinspirasi oleh mekanika kuantum yang dapat disesuaikan untuk mempelajari berbagai sistem. Metamaterial kami terdiri dari elemen aktif yang sangat merdu, memungkinkan kami untuk mensintesis fenomena yang melampaui alam alam,” kata Padlewski. “Aplikasi potensial termasuk memanipulasi gelombang dan energi membimbing untuk telekomunikasi, dan pengaturan suatu hari mungkin memberikan petunjuk untuk memanen energi dari gelombang misalnya.”
Kucing Schrödinger, teka -teki kuantum
Dalam mekanika kuantum, kucing mati dan hidup di dalam kotak sampai Anda mengganggu sistem dengan mengukurnya, yang dilakukan dalam kasus ini dengan membuka kotak. Dari perspektif kuantum murni, kucing berada dalam superposisi dari dua negara yang mungkin: kemungkinan keadaan mati dan kemungkinan keadaan hidup, sampai Anda membuka kotak hanya untuk mengamati jika kucing benar -benar mati atau hidup. Seekor kucing tidak dapat mati dan hidup pada saat yang sama, dan itulah inti dari Schrödinger Cat, sebuah percobaan pemikiran yang dirancang oleh Erwin Schrödinger pada tahun 1935 yang menggambarkan kompleksitas konsep kuantum ketika dibayangkan di luar skala kuantum, seperti skala kucing.
Sifat sensitif dari fisika kuantum yang membuat pengamatan keadaan padat sehingga sulit berasal dari tindakan mengukur sistem, yang memaksa sistem kuantum ke dalam keadaan, alih -alih membiarkan sistem ada – tidak terputus – dalam superposisi status probabilitas. Yang mengatakan, fisikawan tahu cara menyelidiki keadaan elektronik secara tidak langsung dan menyimpulkan sifatnya yang sesuai.
Pemodelan fenomena kuantum dengan gelombang suara
Tetapi ada fenomena lain yang di mana kucing Schrödinger sangat masuk akal di dunia makroskopis, dan itu adalah salah satu yang dapat kita berinteraksi dengan: suara.
Jika kita mengambil suara suara seseorang misalnya, kita tahu bahwa alasan mengapa suara seseorang itu unik dan kaya adalah karena kita mendengar seluruh spektrum frekuensi. Spektrum frekuensi adalah karakteristik untuk suara yang diberikan, tetapi juga menjelaskan mengapa piano memiliki timbre yang unik, atau mengapa terompet terdengar berbeda dari trombon. Pada prinsipnya, kita secara bersamaan dapat mendengar frekuensi mendasar, alias negara mendasar, ditambah semua frekuensi yang lebih tinggi yang dikenal sebagai harmonik. Bahasa meminjam dari fisika kuantum, kami sebenarnya mendengar superposisi banyak negara sekaligus. Atau dengan analogi dengan kucing Schrödinger, kucing itu mati dan hidup, dan kita bisa mendengarnya!
“Lagipula, gelombang probabilitas kuantum adalah gelombang – mengapa tidak memodelkannya dengan suara?” kata Padlewski. “Menyelidiki keadaan elektronik dari keadaan padat, langsung tanpa gangguan, akan seperti memiliki orang buta melangkah melalui jalan yang sibuk tanpa tongkat. Tetapi dalam akustik, kita dapat menyelidiki gelombang secara langsung, dalam fase dan dalam amplitudo tanpa menghancurkan negara – yang bagus.”
Merekayasa metamaterial akustik
Metamaterial akustik yang dibangun di EPFL terdiri dari garis “atom akustik”, pada dasarnya 16 kubus kecil yang terhubung satu sama lain dengan bukaan untuk memungkinkan penempatan beberapa speaker atau mikrofon. Speaker menghasilkan gelombang suara yang merambat melalui garis atom akustik dengan cara yang terkontrol, mikrofon mengukur gelombang suara untuk kontrol umpan balik. Kubus dapat dipandang sebagai blok bangunan untuk membangun sistem yang lebih kompleks yang melampaui garis sederhana.
“Ketika Anda melihat koklea, organ telinga yang bertanggung jawab untuk mendengar, itu menyerupai metamaterial akustik aktif kami dalam struktur dan fungsinya,” kata Lissek. “Koklea terdiri dari garis sel yang sempurna yang memperkuat frekuensi yang berbeda. Metamaterial kami berpotensi disetel untuk berfungsi dengan cara yang sama dan mempelajari masalah pendengaran seperti tinitus.”
Menuju komputasi analog yang terinspirasi kuantum
Padlewski juga ingin menggunakan blok bangunan metamaterial untuk menyelidiki cara-cara membangun salah satu komputer analog akustik pertama yang mampu menghasilkan keadaan yang tidak dapat dipisahkan. Terinspirasi oleh karya Pierre Deymier dari Arizona University, komputer ini pada dasarnya akan menjadi akustik yang setara dengan komputer kuantum. Ini akan memungkinkan pengamatan langsung dari keadaan superposa tanpa mengganggu sistem, karena gelombang akustik tidak rapuh seperti yang kuantum.
“Komputer analog kuantum akustik akan lebih seperti kisi kristal – serangkaian sel berkala seperti atom diatur dalam kristal,” tambah Padlewski. “Pendekatan akustik untuk perhitungan kuantum memiliki potensi untuk menawarkan cara alternatif untuk memproses sejumlah besar informasi secara bersamaan.”
