• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Forskare kopplar kvantbitar med ljud över rekordavstånd

    Forskare arbetar med supraledande kvantteknik vid Institute for Molecular Engineering. Upphovsman:Nancy Wong

    Forskare vid Institute for Molecular Engineering vid University of Chicago har gjort två genombrott i strävan att utveckla kvantteknik. I en studie, de trasslade ihop två kvantbitar med ljud för första gången; i en annan, de byggde den högsta kvalitet långdistanslänken mellan två qubits hittills. Arbetet för oss närmare att utnyttja kvantteknik för att göra kraftfullare datorer, ultrakänsliga sensorer och säkra överföringar.

    "Båda dessa är transformativa steg framåt till kvantkommunikation, "sa medförfattaren Andrew Cleland, John A. MacLean Sr.Professor i molekylär teknik vid IME och UChicago-anslutna Argonne National Laboratory. En ledare inom utvecklingen av supraledande kvantteknik, han ledde laget som byggde den första "kvantmaskinen, "demonstrerar kvantprestanda i en mekanisk resonator." Ett av dessa experiment visar den precision och noggrannhet vi nu kan uppnå, och den andra visar en grundläggande ny förmåga för dessa qubits. "

    Forskare och ingenjörer ser en enorm potential inom kvantteknik, ett fält som använder de märkliga egenskaperna hos de minsta partiklarna i naturen för att manipulera och överföra information. Till exempel, under vissa förutsättningar, två partiklar kan "intrasslas" - deras öden kopplas även när de inte är fysiskt sammankopplade. Genom att trassla in partiklar kan du göra alla möjliga coola saker, som att överföra information direkt till rymden eller skapa ohackabla nätverk.

    Men tekniken har en lång väg att gå - bokstavligen:En stor utmaning är att skicka kvantinformation hur mycket som helst avstånd, längs kablar eller fibrer.

    I en studie publicerad 22 april i Naturfysik , Clelands labb kunde bygga ett system av supraledande qubits som utbytte kvantinformation längs ett spår som var nästan en meter långt med extremt stark trohet - med mycket högre prestanda har tidigare visats.

    "Kopplingen var så stark att vi kan demonstrera ett kvantfenomen som kallas" quantum ping-pong "-skicka och sedan fånga enskilda fotoner när de studsar tillbaka, "sa Youpeng Zhong, en doktorand i Clelands grupp och tidningens första författare.

    Postdoktoren Audrey Bienfait (vänster) och doktoranden Youpeng Zhong arbetar i laboratoriet för professor Andrew Cleland i UChicagos institut för molekylär teknik. Upphovsman:Nancy Wong

    Ett av forskarnas genombrott var att bygga rätt enhet för att skicka signalen. Nyckeln var att forma pulserna korrekt - i en bågform, som att öppna och stänga en ventil långsamt, i precis rätt takt. Denna metod för att `` strypa '' kvantinformationen hjälpte dem att uppnå en sådan tydlighet att systemet kunde klara en guldstandardmätning av kvantinvikling, kallade ett Bell -test. Detta är det första för supraledande qubits, och det kan vara användbart för att bygga kvantdatorer såväl som för kvantkommunikation.

    Den andra studien, publicerad 26 april i Vetenskap , visar ett sätt att trassla ihop två supraledande qubits med hjälp av ljud.

    En utmaning för forskare och ingenjörer när de avancerar kvanttekniken är att kunna översätta kvantsignaler från ett medium till det andra. Till exempel, Mikrovågsljus är perfekt för att bära kvantsignaler runt inuti chips. "Men du kan inte skicka kvantinformation genom luften i mikrovågor; signalen blir bara överbelastad, "Sa Cleland.

    Teamet byggde ett system som kunde översätta qubits mikrovågsspråk till akustiskt ljud och få det att resa över chipet - med hjälp av en mottagare i andra änden som skulle kunna göra omvänd översättning.

    Upphovsman:Nancy Wong

    Det krävdes lite kreativ teknik:"Mikrovågor och akustik är inte vänner, så vi var tvungna att separera dem på två olika material och stapla dem ovanpå varandra, "sa Audrey Bienfait, en postdoktor och första författare till studien. "Men nu när vi har visat att det är möjligt, det öppnar några intressanta nya möjligheter för kvantsensorer. "

    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com