Alla som har försökt att leda en grupp turister genom en upptagen stad känner till problemet. Hur håller du ihop gruppen när de ständigt blir skakade, hålls upp och distraheras av jubel runt dem?
Det är ett problem som designers av kvantdatorer måste ta itu med. I vissa framtida kvantdatorer, information kommer att kodas i de känsliga kvanttillstånden hos grupper av partiklar. Dessa möter störningar av buller och störningar i processormaterialet. Nu, ett internationellt team har föreslagit ett system som kan hjälpa till att skydda grupper av partiklar och göra det möjligt för dem att röra sig tillsammans utan att gå vilse eller hållas uppe.
Förslaget, publicerad 17 november i Fysiska granskningsbrev , kommer från forskare vid National University of Singapore (NUS), Kretas tekniska universitet, University of Oxford och Google. Deras papper presenterar ett schema som på ett tillförlitligt sätt kan transportera kvanttillstånd för några fotoner längs en rad miniatyrkvantkretsar. Simuleringar visar att det effektivt bör flytta ett tre-foton tillstånd från en kretsplats till nästa över dussintals platser:partiklarna hoppar samman hela vägen och slutligen visas i andra änden ostört, utan spridning.
Schemat är baserat på idéerna från fysikern David J. Thouless, som vann halva Nobelpriset i fysik 2016 för sitt arbete med topologiska effekter i material. Topologiska effekter har att göra med geometri, och deras användning vid kvantberäkning kan hjälpa till att skydda ömtåliga kvanttillstånd under bearbetning.
Ett av Thouless 'stora bidrag var uppfinningen av' topologisk pumpning '. Detta fungerar ungefär som Archimedes skruvpump för vatten. Den antika grekiskans skruv snurrar runt, men vattnet i det rör sig i en rak linje uppför en kulle. "Även om maskinens rörelse är cyklisk, partiklarnas rörelse är inte, de rör sig i en rad, "förklarar Jirawat Tangpanitanon, första författare på tidningen och en doktorand i gruppen Dimitris Angelakis vid Center for Quantum Technologies (CQT) på NUS.
I kvantsystemet, skruvgängan är inte en fysisk struktur utan ett oscillerande externt fält som påläggs partiklarna genom elektronisk styrning av enheten som innehåller dem.
Angelakis startade sin grupp med att undersöka topologisk pumpning efter att andra 2015 visade effekten för individ, icke-interagerande, partiklar. Angelakis, Tangpanitanon och forskaren Victor Bastidas ville ta reda på om det skulle vara möjligt att flytta grupper av partiklar också sammanhängande.
Svaret är ja. Vad mer, till skillnad från Archimedes pump, som bara kan flytta vatten på ett sätt, kvantpartiklarna kan till och med skickas i omvänd riktning genom att ändra de ursprungliga förhållandena. "Det är som en månvandring, "skämtar Tangpanitanon. Det ser ut som att allt ska gå framåt, men i stället går partiklarna bakåt på grund av kvanteffekter.
Medförfattare Pedram Roushan - del av Google -gruppen i Santa Barbara, Kalifornien bygger supraledande kretsar för kvantberäkning - och teamet hoppas kunna se idén implementerad i liknande hårdvara. "Det här dokumentet är nästan en plan. Vi utvecklade förslaget för att matcha befintliga enheter, säger Angelakis, som är huvudutredare vid CQT och fakultetsmedlem vid Kretas tekniska universitet.
