Para ilmuwan mengamati fase kuantum baru yang dapat memiliki implikasi besar untuk komputasi kuantum
Para peneliti telah mengamati fenomena kuantum yang sulit dipahami yang pertama kali diprediksi lebih dari 50 tahun yang lalu. Proses ini, yang membentuk keadaan materi baru, mungkin memiliki konsekuensi untuk masa depan Komputasi kuantum.
Fase, yang disebut Transisi Fase Superradiant (SRPT), adalah hasil dari dua kelompok independen partikel kuantum yang mulai berfluktuasi dengan cara yang terkoordinasi dan kolektif, para ilmuwan mengatakan dalam sebuah studi baru yang diterbitkan 4 April di jurnal tersebut Kemajuan Sains.
Dalam hal ini, kedua kelompok partikel adalah ion besi dan ion erbium di dalam kristal. Para peneliti dapat menginduksi fenomena dengan menerapkan medan magnet -lebih dari 100.000 kali lebih kuat dari bumi -hingga kristal yang terbuat dari erbium, zat besi dan oksigen setelah mendinginkannya hingga -457 ° F (-271,67 ° C), suhu di dekatnya nol absolut.
Dalam kondisi tersebut, tim dapat mengamati tanda tangan yang tidak salah lagi dari SRPT di dalam kristal. Pengamatan mereka persis cocok dengan prediksi tentang seperti apa penampilan SRPT menurut model terkenal yang diformulasikan oleh Robert H. Dicke pada tahun 1954.
Yang disebut Model tebal adalah yang pertama menggambarkan fenomena superradiance – di mana atom -atom tereksitasi memancarkan cahaya lebih cepat daripada atom normal – dan meletakkan dasar untuk memahami transisi fase superradiant sebagai keadaan materi yang berbeda yang timbul dari interaksi yang kuat antara cahaya dan materi. Itu lebih lanjut dielaborasi Klaus Hepp dan Elliot H. Lieb pada tahun 1973 yang secara resmi menunjukkan keberadaan transisi fase ini.
Terkait: Ilmuwan pemerintah menemukan keadaan materi baru yang 'setengah es, setengah api'
“Awal Dasom Kimseorang mahasiswa doktoral dalam fisika terapan di Universitas Rice, di a penyataan. “Namun, dalam pekerjaan kami, kami menyadari transisi ini dengan menggabungkan dua subsistem magnetik yang berbeda – fluktuasi putaran ion besi dan ion erbium dalam kristal.”
Spin menggambarkan momentum sudut partikel atau atom elementer. Ini menentukan perilaku di medan magnet dan penting untuk menentukan sifat statistik koleksi partikel, yang, pada gilirannya, mempengaruhi struktur materi dan sifat kekuatan dasar. Ketika eksitasi yang diciptakan oleh fluktuasi termal, medan magnet bergantian atau sumber lain menyebabkan gangguan seperti gelombang melintasi pola putaran dalam suatu material, itu disebut magnon.
Di masa lalu, SRPT dicap sebagai “teorema no-go” karena dilanggar a Keterbatasan mendasar dari sistem berbasis cahaya. Tetapi menciptakan versi magnonik dari fenomena ini memungkinkan tim untuk melewati batasan ini. Dalam percobaan mereka, magnon ion besi memainkan peran yang biasanya ditempati oleh fluktuasi vakum, dan putaran erbium ion diisi untuk fluktuasi materi.
Para peneliti dapat dengan jelas mengamati hilangnya sinyal energi satu mode putaran dan pergeseran yang lain – bukti SRPT yang tidak salah lagi.
“Kami mendirikan kopling ultrastrong antara dua sistem putaran ini dan berhasil mengamati SRPT, mengatasi kendala eksperimental sebelumnya,” kata Kim.
Karakteristik unik dari SRPT dapat memiliki implikasi penting untuk beragam teknologi kuantum. Hal ini disebabkan oleh fenomena yang disebut pemerasan kuantum, di mana fluktuasi dikurangi dalam satu properti yang dapat diukur dari sistem kuantum di bawah batas kuantum standar (meskipun fluktuasi meningkat pada properti lain).
“Di dekat titik kritis kuantum dari transisi ini, sistem secara alami menstabilkan keadaan kuantum-di mana kebisingan kuantum berkurang secara drastis-sangat meningkatkan ketepatan pengukuran,” kata Kim dalam pernyataannya. “Secara keseluruhan, wawasan ini dapat merevolusi sensor kuantum dan teknologi komputasi, secara signifikan memajukan kesetiaan, sensitivitas, dan kinerja mereka.”
Ada keunggulan lebih lanjut di luar ketepatan pengukuran dan perhitungan kuantum karena status kuantum yang menstabilkan SRPT, juga. Karena SRPT muncul dari perilaku kolektif banyak partikel kuantum, itu dapat memberikan bentuk perlindungan bawaan terhadap kesalahan qubit individu dan dekoherensi, yang merupakan rintangan utama dalam komputasi kuantum saat ini. Perilaku yang disinkronkan dapat menyebabkan qubit yang lebih kuat dan stabil dengan waktu koherensi yang lebih lama. Mungkin juga bahwa interaksi yang kuat dan koheren dalam SRPT dapat menyebabkan gerbang yang lebih cepat (blok bangunan algoritma kuantum).
