CipO echipă internaţională de oameni de ştiinţă a arătat, pentru prima dată, că atomii mai degrabă interacţionează împreună prin schimbul de lumină decât să acţioneze independent unul de altul.



 

Fizicienii din domeniul cuantic au discutat de mult timp cu privire la un astfel de efect, dar acesta nu a fost observat anterior în urma unui experiment.

Echipa de cercetători a inclus oameni de ştiinţă din cadrul ETH Zürich (o universitate de prestigiu din Elveţia) care au efectuat experimentul şi oameni de ştiinţă specializaţi în fizica teoretică de la Université de Sherbrooke din Québec şi University of Calgary din Alberta.

Cip
Cipul conţinând circuite supraconductoare, utilizat în experiment, arată similar cu cel din această imagine.

Cercetătorii au arătat schimbul de lumină sau „interacţiunea mediată de fotoni" dintre atomi artificiali aflaţi în cadrul unui sistem cuantic unidimensional.

Lucrarea lor, intitulată „Interacţiunile mediate de fotoni dintre atomi artificiali îndepărtaţi", este publicată în revista de prestigiu Science.

„Este vorba despre un efect neobservat anterior şi despre care s-a discutat timp de decenii. Acum putem vedea că există o potrivire excelentă între teorie şi experiment", spune Barry Sanders, coautor al studiului şi profesor de fizică şi astronomie la University of Calgary şi iCORE Chair of Quantum Information Science.

Între doi atomi artificiali s-a manifestat „un schimb coerent de interacţiune, ceva ce nu a mai fost observat anterior în cadrul unor sisteme cuantice îndepărtate aflate într-un mediu deschis", declară autorul principal al studiului, Arjan van Loo, doctorand în cadrul Quantum Device Lab al ETH Zürich.

 


Obţinerea unor interacţiuni cuantice fundamentale între sisteme cuantice unidimensionale este crucială pentru dezvoltarea dispozitivelor cuantice.

Qubiti

Aceasta este o imagine a atomilor artificiali sau „qubiţi" aflaţi de-a lungul unui „ghid de undă" unidimensional sau a unei linii de transmisie. Credit imagini: Barry Sanders.


„Ne aşteptăm ca sisteme ca al nostru să fie utile pentru transmisia informaţiilor de-a lungul liniilor de comunicare cuantice (ghiduri de undă unidimensionale) în cadrul unor dispozitivele utilizate pentru prelucrarea informaţiilor cuantice sau comunicarea cuantică", afirmă Andreas Wallraff, coautor al studiului şi profesor de fizica stării solide în cadrul ETH Zürich.

Această cercetare arată că „circuitele electrice pot fi acum proiectate într-un mod ce le permite să prezinte caracteristici care nu pot fi obţinute în cadrul sistemelor cuantice „naturale", afirmă Alexandre Blais, un alt coautor al studiului şi profesor asociat de fizică la Université de Sherbrooke.

Prin obţinerea unei stări în care atomi artificiali lucrează într-un mod colectiv s-ar putea controla câmpurile de microunde din circuitele supraconductoare ceea ce ar fi benefic pentru dezvoltarea unor metode de protejare a informaţiilor cuantice împotriva „zgomotului" sau pentru protecţia deteriorării semnalului", afirmă Sanders, director al Institute for Quantum Science and Technology al University of Calgary. „Cred că ceea ce am arătat se poate dovedi foarte important pentru aplicaţiile viitoare".

Echipa de cercetători a efectuat un experiment unidimensional în loc de un experiment tridimensional deoarece în acest ultim caz interacţiunea dintre atomi este slabă şi intensitatea interacţiunilor scade semnificativ cu distanţa.

„În experimentul nostru noi am reuşit să depăşim aceste dificultăţi printr-o proiectare specială a caracteristicilor sistemelor noastre cuantice artificiale", a spus Arkady Feodorov, un alt coautor al studiului şi postdoctorand al ETH Zürich, în prezent la University of Queensland, Brisbane, Australia, atunci când experimentul a fost realizat.

Cercetătorii au izolat doi atomi artificiali într-un experiment unidimensional folosind un ghid de undă (similar procesului de transmisie a luminii printr-o fibră optică) ceea ce a permis ca cele două sisteme să poată interacţiona mult mai uşor. Totodată ei au reuşit să măsoare intensitatea acestei interacţiuni.

Folosind circuite supraconductoare echipa de cercetători a reuşit să aşeze doi atomi artificiali de-a lungul unui ghid de undă și apoi să trimită un câmp de microunde prin acest ghid de undă unidimensional.

La o distanţă de aproximativ doi centimetri, mult mai mare decât distanţa la care ne-am fi aşteptat în cazul unor sisteme cuantice, cele două sisteme de tip atom au format un tip de legătură moleculară slabă prin intermediul schimbului de fotoni („particule" de lumină).

„Noi am observat, de asemenea, cum circuitele supraconductoare se sincronizează pentru a emite radiaţii într-un mod mult mai eficient, ceea ce a permis apariţia unui fenomen de emisie a unor radiaţii de mare intensitate. Totodată s-a mai observat că sistemele pot capta radiaţia transformându-se ulterior în două sisteme întunecate care nu au mai emis fotoni", a spus Wallraff.

Fizicienii teoreticieni din Canada au folosit supercomputerul „Mammouth" care face parte dintr-un program naţional dedicat unor calcule de mare anvergură, coordonat de Compute Canada, pentru a rezolva ecuaţiile analitice şi ei „au lucrat foarte mult cu cercetătorii experimentalişti pentru a înţelege principiile fizice care pot explica fenomenele observate", declară un alt coautor al studiului, Kevin Lalumière, doctorand în fizică la Université de Sherbrooke.

Traducere de Cristian-George Podariu după distant-artificial-atoms-cooperate-physicists, cu acordul editorului.

Write comments...
symbols left.
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Be the first to comment.