Minden, ami kell, már ott van a laborban
A Chicago-i Egyetem kutatói most egy meglepően egyszerű és olcsón megvalósítható megközelítést dolgoztak ki, amellyel számos összefonódott kvantumállapot generálható, mégpedig azokkal az eszközökkel, amelyek sok kvantumfizikai laborban már most is adottak. Az új, elméleti modellen alapuló módszer áttörést jelenthet az ultraprecíz mérőeszközök fejlesztésében, és új lehetőségeket nyithat az alapkutatásban. A kutatást az amerikai Energiaügyi Minisztérium, valamint a Q-NEXT központ támogatta.
Átalakulóban a cavity QED rendszerek
A megközelítés alapja a cavity QED (kvantumoptikai rezonátor), olyan rendszer, amelyben atomokat, illetve más részecskéket egy fénycsapdába, két tükör közé helyeznek, így azok a csapdában lévő fotonokkal kölcsönhatásba lépnek. A hagyományos rendszerek egyik korlátja, hogy az összes atom teljesen egyformán reagál a fényre, emiatt csak korlátozott a létrehozható kvantumállapotok köre. A kutatók megtalálták, hogyan oldható ez könnyen: plusz lézerekkel vagy mágneses terekkel eltolják az atomok kis csoportjainak átmeneti frekvenciáit, így minden atomhoz tartozik egy azonos mértékben, de ellentétes irányban eltolódó pár. Ez sokkal változatosabb kvantumállapotokat eredményez, ráadásul mindezt a meglévő hardver módosítása nélkül. Elég csak a lézereket hangolni.
Új szintre lép a kvantumérzékelés
Különösen nagy jövőt jelenthet a kvantumérzékelők számára. Összefonódott kvantumállapotok révén például egészen apró különbségek mérhetők a gravitációs vagy mágneses terekben két pont között. Az új elrendezésben két atomi csoport sajátos kvantumállapotot vesz fel, amely pontosan megmutatja a két pont közötti eltérést, miközben automatikusan kiszűri ugyanazt a zajt, amely mindkét helyen jelen van. A robusztusság hatalmas előny: egyszerre maximális érzékenység és jelentős zajtűrés valósítható meg. Az állapotot ráadásul egy szokásos Ramsey-módszerrel lehet kiolvasni, nincs szükség speciális mérési trükkökre.
Nem csak mérésre: egy lépés a kvantumszámítógép felé
A technika máshol is bevethető. Például képes stabilizálni az 1980-as években leírt AKLT-állapotot, amely sokrészecskés mágneses rendszerek fontos modellje, de szerepet kaphat a kvantuminformatikában is. A kutatók már kísérleti teszteken dolgoznak, és vizsgálják, milyen egyéb komplex kvantumállapotok érhetők el az új módszerrel.
Közelebb vagyunk a kvantumvilág hétköznapjaihoz
Ennek alapján megállapítható, hogy a meglepően egyszerű összetevők váratlanul sokféle, eddig elérhetetlen összefonódott kvantumállapotot tesznek lehetővé, így a kvantumtechnológia már a mindentudó, általános célú kvantumszámítógépek megvalósulása előtt is új, a klasszikus fizikai világból elérhetetlen megoldásokat kínál.
