Sirkuit superkonduktor sedang digunakan di Tu Wien dan ISTA untuk membuat jenis baru sistem kuantum yang jauh lebih mudah dikendalikan dan jauh lebih dapat disetel daripada sistem kuantum alami seperti atom.
Banyak objek yang biasanya kita hadapi dalam fisika kuantum hanya terlihat dengan mikroskop khusus – molekul atau atom individu, misalnya. Namun, objek kuantum yang bekerja dengan Elena Redchenko di Institute for Atomic dan Subatomic Physics di Tu Wien bahkan dapat dilihat dengan mata telanjang (dengan sedikit usaha): mereka berukuran ratusan mikrometer. Masih kecil menurut standar manusia tetapi raksasa dalam hal fisika kuantum.
Objek kuantum besar itu adalah sirkuit superkonduktor – struktur di mana arus listrik mengalir pada suhu rendah tanpa resistensi. Berbeda dengan atom, yang memiliki sifat tetap, ditentukan oleh alam, struktur buatan ini sangat dapat disesuaikan dan memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari berbagai fenomena fisik dengan cara yang terkontrol. Mereka dapat dilihat sebagai “atom buatan”, yang sifat fisiknya dapat disesuaikan sesuka hati.
Dengan menggabungkannya, suatu sistem dibuat yang dapat digunakan untuk menyimpan dan mengambil cahaya – prasyarat penting untuk percobaan kuantum lebih lanjut. Eksperimen ini dilakukan dalam kelompok Johannes Fink di ISTA, dengan kolaborasi teoretis dari Stefan Rotter di Institute for Teorite Physics di Tu Wien. Hasilnya sekarang telah diterbitkan dalam jurnal 'Fisik Review Letters'.
“Atom” yang disesuaikan
Properti utama fisika kuantum adalah bahwa objek tertentu hanya dapat mengasumsikan nilai energi yang sangat spesifik. “Sebuah elektron yang bergerak di sekitar inti atom dapat mengasumsikan keadaan energi yang lebih rendah atau keadaan energi yang lebih tinggi, tetapi tidak pernah merupakan keadaan di antaranya,” kata Elena Redchenko, penulis utama publikasi saat ini. “Semua nilai di antaranya tidak mungkin secara fisik. Dengan atom buatan kami, namun, kami dapat memilih nilai energi mana yang harus diizinkan. Untuk setiap atom buatan, kami dapat menetapkan seberapa besar jarak antara nilai energi yang diizinkan secara fisik seharusnya. ”
Gelombang mikro dikirim melalui kawat logam khusus (resonator) yang berjalan langsung melewati atom buatan superkonduktor. Gelombang mikro ini sekarang mempengaruhi atom buatan superkonduktor: beberapa radiasi gelombang mikro dapat melewati kawat ke atom buatan – dan kembali lagi. Kekuatan interaksi ini juga dapat disesuaikan secara khusus.
“Kita dapat menunjukkan bahwa foton dipertukarkan antara microwave di kawat dan atom buatan dengan cara yang dapat diprediksi secara tepat,” kata Elena Rechenko. “Ini hanya mungkin karena atom buatan kami memberi kami sejumlah besar kebebasan rekayasa untuk menyesuaikan sistem kami dengan persyaratan yang tepat. Ini berarti kami sekarang dapat mencapai hal -hal yang tidak terpikirkan dengan atom atau benda kuantum alami lainnya.”
Pulsa cahaya kuantum dan memori kuantum
Jika atom buatan diadaptasi dengan benar, dimungkinkan untuk membuat ritme pulsa cahaya yang sangat istimewa. “Kami mengirim pulsa gelombang mikro klasik pendek ke dalam kawat, tetapi interaksi dengan atom buatan dapat membuat serangkaian pulsa kuantum cahaya, dipisahkan oleh interval waktu yang dapat kami kendalikan. Ini seperti pengatur waktu kuantum on-chip,” jelas menjelaskan Elena Rechenko.
“Dalam pekerjaan kami, kami telah menunjukkan betapa fleksibelnya sistem ini dan seberapa tepat dapat digunakan untuk percobaan kuantum yang sangat berbeda,” kata Elena Rechenko. “Misalnya, Anda dapat menggunakannya untuk menghasilkan foton individu yang dipisahkan dengan jelas – ini penting untuk banyak percobaan. Tetapi Anda juga dapat menggunakannya untuk menyimpan foton sementara untuk periode waktu tertentu sampai dilepaskan lagi – ini adalah teknik lain yang merupakan teknik lain yang itu yang merupakan teknik lain yang merupakan teknik lain yang itu yang merupakan teknik lain yang itu yang merupakan teknik lain yang itu yang merupakan teknik lain yang itu yang merupakan teknik lain yang itu yang merupakan teknik lain yang yang menjanjikan aplikasi baru yang menarik. ”
