Enheten som används i detta arbete. Den fyrkantiga strukturen nära centrum är den supraledande kretsen, och den röda pricken i mitten motsvarar länken med membranets rörelse. Bikakestrukturen används för att isolera membranets rörelse, vilket mestadels sker vid den röda punktpositionen, från ramen som den är fäst vid. Kredit:Niels Bohr Institute
Forskare vid Niels Bohr Institutet, Köpenhamns universitet, har förbättrat koherenstiden för ett tidigare utvecklat kvantmembran dramatiskt. Förbättringen kommer att utöka användbarheten av membranet för en mängd olika ändamål. Med en koherenstid på hundra millisekunder kan membranet till exempel lagra känslig kvantinformation för vidare bearbetning i en kvantdator eller nätverk. Resultatet har nu publicerats i Nature Communications .
Kvanttrumman är nu ansluten till en avläsningsenhet
Som ett första steg har forskargruppen kombinerat membranet med en supraledande mikrovågskrets, som möjliggör exakta avläsningar från membranet. Det vill säga att den har blivit "inkopplad", vilket krävs för praktiskt taget alla applikationer. Med denna utveckling kan membranet kopplas till olika andra enheter som bearbetar eller överför kvantinformation.
Kylning av kvanttrumsystemet för att nå kvantgrundtillstånd
Eftersom temperaturen i omgivningen bestämmer nivån av slumpmässiga krafter som stör membranet, är det absolut nödvändigt att nå en tillräckligt låg temperatur för att förhindra att kvantrörelsetillståndet tvättas ut. Det uppnår forskarna med hjälp av ett heliumbaserat kylskåp. Med hjälp av mikrovågskretsen kan de sedan styra kvanttillståndet för membranrörelsen. I sitt senaste arbete kunde forskarna förbereda membranet i kvantgrundtillståndet, vilket innebär att dess rörelse domineras av kvantfluktuationer. Kvantgrundtillståndet motsvarar en effektiv temperatur på 0,00005 grader över den absoluta nollpunkten, vilket är -273,15 °C.
Applikationer för det inkopplade kvantmembranet är många
Man skulle kunna använda en något modifierad version av detta system som kan känna krafter från både mikrovågssignaler och optiska signaler för att bygga en kvantomvandlare från mikrovågsugn till optik. Kvantinformation kan transporteras vid rumstemperatur i optiska fibrer på kilometer utan störningar. Å andra sidan bearbetas informationen vanligtvis inuti en kylenhet, som kan nå tillräckligt låga temperaturer för att supraledande kretsar som membranet ska fungera. Att koppla ihop dessa två system – supraledande kretsar till optiska fibrer – skulle därför kunna möjliggöra konstruktionen av ett kvantinternet:flera kvantdatorer sammanlänkade med optiska fibrer. Inga datorer har oändligt utrymme, så möjligheten att distribuera beräkningskapacitet till anslutna kvantdatorer skulle avsevärt förbättra kapaciteten att lösa komplicerade problem.
Gravitation – inte väl förstådd inom kvantmekaniken, men avgörande – kan nu utforskas
Tyngdkraftens roll i kvantregimen är en ännu obesvarad, grundläggande fråga inom fysiken. Detta är ännu en plats där den höga koherenstiden för membranen som visas här kan användas för studier. En hypotes inom detta område är att gravitationen har potential att förstöra vissa kvanttillstånd med tiden. Med en enhet så stor som membranet kan sådana hypoteser testas i framtiden. + Utforska vidare
