Sistem eksperimental baru untuk membawa teknologi kuantum lebih dekat dengan siswa
Dunia fisika kuantum mengalami revolusi kedua, yang akan mendorong lompatan eksponensial dalam kemajuan komputasi, internet, telekomunikasi, keamanan siber, dan biomedis. Kuantum Technologies menarik semakin banyak siswa yang ingin belajar tentang konsep dari dunia subatomik – seperti keterikatan kuantum atau superposisi kuantum – untuk mengeksplorasi potensi inovatif ilmu kuantum. Faktanya, memahami sifat non-intuitif dari konsep teknologi kuantum dan mengakui relevansinya dengan kemajuan teknologi adalah salah satu tantangan tahun 2025, menyatakan tahun internasional sains dan teknologi kuantum oleh UNESCO.
Sekarang, tim dari Fakultas Fisika Universitas Barcelona telah merancang peralatan eksperimental baru yang memungkinkan siswa untuk membiasakan diri dengan konsep fisika kuantum yang lebih kompleks. Konfigurasi yang mereka sajikan -versatil, hemat biaya dan dengan berbagai cara aplikasi di kelas -sudah beroperasi di laboratorium kuantum canggih dari fakultas fisika UB dan juga dapat diakses di pusat -pusat yang kurang khusus.
Inovasi ini disajikan dalam sebuah artikel dalam jurnal Teknologi EPJ Quantum yang hasil dari kolaborasi antara profesor Bruno Juliá, dari Departemen Fisika Quantum dan Astrofisika dan UB Institute of Cosmos Sciences (ICCUB); Martí Duocastella, dari Departemen Fisika Terapan dan UB Institute of Nanoscience and Nanotechnology (IN2UB), dan José M. Gómez, dari Departemen Teknik Elektronik dan Biomedis. Ini didasarkan pada hasil proyek akhir master Raúl Lahoz, dengan partisipasi para ahli Lidia Lozano dan Adrià Brú.
Studi fenomena yang unik untuk mekanika kuantum
Mekanika kuantum memungkinkan untuk membuat apa yang disebut sistem terjerat – misalnya, dengan dua partikel atau dua foton – yang berperilaku dengan cara yang tidak intuitif. Pada tahun 1964, fisikawan John S. Bell secara eksperimental membuktikan bahwa prediksi mekanika kuantum benar -benar tidak kompatibel dengan deskripsi klasik fisika – hipotesis yang telah dianjurkan oleh Albert Einstein – dan mengkonsolidasikan sifat probabilistik mekanika kuantum. Pada tahun 2022, para ilmuwan Alain Aspect, John F. Clauser dan Anton Zeilinger dianugerahi Hadiah Nobel dalam Fisika untuk Eksperimen Perintis dalam Informasi Quantum tentang Foton Terjat dan Demonstrasi Eksperimental Pelanggaran Ketidaksetaraan Bell.
Kuantum keterikatan saat ini adalah salah satu sumber daya mendasar untuk mendorong pengembangan teknologi kuantum (komputer kuantum, enkripsi data, dll.).
“Studi ketidaksetaraan lonceng – khususnya, mengamati pelanggaran ketidaksetaraan – sangat mendasar untuk mengkarakterisasi sistem quantum yang terjerat. Penting untuk dapat melakukan eksperimen ini di laboratorium pengajaran untuk memahami ketidaksetaraan Bell, keterjeratan kuantum dan sifat probabilistik dari dari dari dari dari mekanika kuantum “, kata Bruno Juliá.
Martí Duocastella menjelaskan dalam artikel tersebut bahwa mereka telah merancang “peralatan eksperimental baru yang mampu memberikan siswa dengan pengukuran langsung keterikatan kuantum”. “Dari perspektif kami, – kata peneliti – kami percaya bahwa memungkinkan siswa untuk melakukan pengukuran ini akan sangat memfasilitasi pemahaman mereka tentang fenomena yang tidak intuitif ini”.
Memperkenalkan siswa ke alat lanjutan
Sistem yang dirancang oleh tim UB memungkinkan untuk mempelajari ketidaksetaraan bel dan juga untuk melakukan tomografi negara dua-foton penuh. Dengan operasi yang sederhana, ia dapat menyiapkan berbagai keadaan terjerat kuantum. Dibandingkan dengan proposal sebelumnya, “Peralatan baru telah meningkatkan proses penangkapan foton: menggunakan detektor yang dirakit ke serat optik, salah satu inovasi utama untuk menyederhanakan percobaan, yang memfasilitasi penyelarasan sistem dan meningkatkan efisiensi deteksi. Dengan demikian, pengukuran lengkap ketidaksetaraan lonceng dapat dilakukan selama sesi laboratorium praktis (antara satu dan dua jam) “, kata Juliá dan Duocastella.
Hasilnya mengungkapkan manipulasi yang berhasil dari keadaan kuantum foton dan pencapaian negara-negara terjerat kesetiaan tinggi dan pelanggaran signifikan ketidaksetaraan lonceng. Juga, elemen -elemen sistem banyak digunakan dalam teknologi kuantum saat ini, memfasilitasi kontak siswa dengan instrumentasi lanjutan.
Inovasi ini, yang telah diterapkan dalam kursus gelar sarjana dan master, telah menerima umpan balik yang sangat positif dari semua siswa. Dalam gelar sarjana dalam bidang fisika, ini memungkinkan demonstrasi eksperimental dilakukan untuk melengkapi subjek teori informasi klasik dan kuantum dan mekanika kuantum. Dalam kursus gelar master, ini adalah salah satu dari empat percobaan di laboratorium kuantum tingkat lanjut dari gelar master dalam sains dan teknologi kuantum.
Studi ini telah menerima dana dari Kementerian Sains, Inovasi dan Universitas Spanyol dan dana UE Generasi Selanjutnya Uni Eropa.
Artikel referensi:
Lahoz Sanz, Raúl; Lozano Martín, Lidia; Brú I Cortés, Adrià; Duocastella, Martí; Gómez, José M.; Juliá-Díaz, Bruno. “Pengaturan sarjana untuk mengukur ketidaksetaraan lonceng dan melakukan tomografi negara bagian kuantum.” Teknologi EPJ QuantumDecembrer 2024. Doi: 10.1140/epjqt/s40507-024-00298-y
