Kvantinvikling är ett av de mest grundläggande och spännande fenomenen i naturen. Ny forskning om trassel har visat sig vara en värdefull resurs för kvantkommunikation och informationsbehandling. Nu, forskare från Japan har upptäckt ett stabilt kvantintrasslat tillstånd av två protoner på en kiselyta, öppna dörrar till en organisk förening av klassiska och kvantdatorplattformar och potentiellt stärka framtiden för kvantteknik.

Ett av de mest intressanta fenomenen inom kvantmekanik är "kvantinvikling". Detta fenomen beskriver hur vissa partiklar är oupplösligt länkade, sådan att deras tillstånd endast kan beskrivas med hänvisning till varandra. Denna partikelinteraktion utgör också grunden för kvantberäkning. Och det är därför, under de senaste åren, fysiker har letat efter tekniker för att generera intrassling. Dock, dessa tekniker möter ett antal tekniska hinder, inklusive begränsningar för att skapa ett stort antal "qubits" (kvantbitar, grundenheten för kvantinformation), behovet av att hålla extremt låga temperaturer ( <1 K), och användning av ultrarena material. Ytor eller gränssnitt är avgörande för bildandet av kvantinvikling. Tyvärr, elektroner begränsade till ytor är benägna att "dekoherens, "ett tillstånd där det inte finns något definierat fasförhållande mellan de två distinkta tillstånden. Således, att få stabil, sammanhängande qubits, spinntillstånd för ytatomer (eller motsvarande, protoner) måste bestämmas.

Nyligen, ett team av forskare i Japan, inklusive professor Takahiro Matsumoto från Nagoya City University, Professor Hidehiko Sugimoto från Chuo University, Dr Takashi Ohhara från Japan Atomic Energy Agency, och Dr Susumu Ikeda från High Energy Accelerator Research Organization, insåg behovet av stabila qubits. Genom att titta på ytans spinntillstånd, forskarna upptäckte ett intrasslat par protoner på ytan av en kisel -nanokristall.

Prof. Matsumoto, huvudforskaren, beskriver betydelsen av deras studie:"Protoninvikling har tidigare observerats i molekylärt väte och spelar en viktig roll i en mängd olika vetenskapliga discipliner. Men det intrasslade tillståndet hittades endast i gas- eller vätskefaser. Nu, vi har upptäckt kvantinvikling på en fast yta, som kan lägga grunden för framtida kvantteknik. "Deras banbrytande studie publicerades i ett nyligen utgåva av Fysisk granskning B .

Forskarna studerade spinntillstånden med hjälp av en teknik som kallas "oelastisk neutronspridningsspektroskopi" för att bestämma karaktären på ytvibrationer. Genom att modellera dessa ytatomer som "harmoniska oscillatorer, "de visade antisymmetri hos protoner. Eftersom protonerna var identiska (eller oskiljbara), oscillatormodellen begränsade deras möjliga spinntillstånd, vilket resulterar i stark sammanfiltring. Jämfört med protoninviklingen i molekylärt väte, förträngningen innehöll en massiv energiskillnad mellan dess stater, säkerställer dess livslängd och stabilitet. Dessutom, forskarna visade teoretiskt en kaskadövergång av terahertz intrasslade fotonpar med protoninviklingen.

Sammankomsten av protonkvbiter med samtida kiselteknologi kan resultera i en organisk förening av klassiska och kvantdatorplattformar, möjliggör ett mycket större antal qubits (10 ⁶ ) än för närvarande tillgängligt (10 ² ), och supersnabb bearbetning för nya superdatorapplikationer. "Kvantdatorer kan hantera invecklade problem, såsom heltalsfaktorisering och problemet med resande säljare, 'som är praktiskt taget omöjliga att lösa med traditionella superdatorer. Detta kan vara en spelväxlare i kvantberäkning när det gäller lagring, bearbetning, och överföring av data, potentiellt till och med leda till ett paradigmskifte inom läkemedel, datasäkerhet, och många andra områden, "avslutar en optimistisk professor Matsumoto.

Vi kan vara på väg att bevittna en teknisk revolution inom kvantberäkning.