Om föremål i rörelse är som regnvatten som rinner genom en ränna och landar i en pöl, då är kvantobjekt i rörelse som regnvatten som kan hamna i ett gäng pölar, allt på en gång. Att ta reda på vart kvantobjekt faktiskt tar vägen har frustrerat forskare i flera år.

Nu har en Yale-ledd grupp forskare tagit fram en formel för att förstå var kvantobjekt landar när de sänds. Det är en utveckling som ger insikt för att kontrollera öppna kvantsystem i en mängd olika situationer.

"Formeln vi härleder visar sig vara mycket användbar för att driva en kvantdator, sa Victor Albert, första författare till en studie publicerad i tidskriften Fysisk granskning X . "Vårt resultat säger att i princip, vi kan konstruera "regnrännor" och "portar" i ett system för att manipulera kvantobjekt, antingen efter att de landat eller under deras faktiska flöde."

I detta fall, rännorna och grindarna representerar idén om avledning, en process som vanligtvis är destruktiv för ömtåliga kvantegenskaper, men det kan ibland konstrueras för att kontrollera och skydda dessa egenskaper.

Forskningens huvudutredare är Liang Jiang, biträdande professor i tillämpad fysik och fysik vid Yale.

Det är en grundläggande princip i naturen att föremål kommer att röra sig tills de når ett tillstånd av minimal energi, eller jordning. Men i kvantsystem, det kan finnas flera jordningar eftersom kvantsystem kan existera i flera tillstånd samtidigt - det som kallas superposition.

Det är där rännorna och grindarna kommer in. Jiang, Albert, och deras kollegor använde dessa mekanismer för att formulera sannolikheten för att kvantobjekt landar på den ena eller den andra platsen. Formeln visade också att det fanns en situation där superposition aldrig kan upprätthållas:när en kvant "droppe" i superposition redan har landat i en "pöl", men har ännu inte kommit fram till den andra "pölen".

"Med andra ord, ett sådant superpositionstillstånd förlorar alltid en del av sina kvantegenskaper då "droppen" flyter helt in i båda pölarna, ", sa Albert. "Detta är på något sätt ett negativt resultat, men det är lite förvånande att det alltid håller."

Båda aspekterna av formeln kommer att vara till hjälp för att bygga kvantdatorer, Albert noterade. När forskarvärlden fortsätter att utveckla tekniska plattformar som kan stödja sådana system, Albert sa, den kommer att behöva veta "vad som är och inte är möjligt."