Oxfordští fyzici stvořili novou rodinu kvantových stavů, které mohou revolučně změnit kvantové počítače

Kvantová mechanika, na rozdíl od klasické fyziky, umožňuje objektům existovat ve více stavech současně. Tento koncept je často ilustrován myšlenkovým experimentem se Schrödingerovou kočkou, která je představována jako živá i mrtvá zároveň, dokud není pozorována.

Kvantová mechanika, na rozdíl od klasické fyziky, umožňuje objektům existovat ve více stavech současně. Tento koncept je často ilustrován myšlenkovým experimentem se Schrödingerovou kočkou, která je představována jako živá i mrtvá zároveň, dokud není pozorována. V laboratorních podmínkách dokáží fyzici vytvořit méně dramatické, ale velmi reálné verze tohoto jevu, kdy atomy, světlo nebo pohyb existují ve dvou odlišných kvantových stavech najednou. Vědci z Oxfordské univerzity nyní představili novou rodinu kvantových superpozic, které jdou za hranice tradičních „kočičích stavů“ a otevírají cestu k odolnějším kvantovým technologiím.

Zatímco běžné „kočičí stavy“ jsou tvořeny superpozicí dvou vlnových balíčků, které se co nejvíce podobají klasickému pohybu, oxfordský tým vyvinul metodu pro vytváření superpozic z mnohem širší škály komponent, které jsou samy o sobě vysoce neklasické. To znamená, že kvantová nejistota je v každé části stavu přerozdělena odlišně. Experiment využíval pohyb jediného zachyceného iontu, který kombinuje vlastnosti qubitu (vnitřní stav) a kvantového harmonického oscilátoru (pohyb). Tým nejprve propojil vnitřní stav iontu s různými možnými stavy pohybu a následným kvantovým měřením vnitřního stavu pak promítl pohyb iontu do zvolené superpozice neklasických komponent.

Tento přístup poskytl vědcům programovatelnou kontrolu nad vytvářenými stavy. Změnou experimentálních nastavení mohli ladit relativní velikost, rotaci a oddělení komponent, což umožnilo generovat širokou škálu exotických pohybových superpozic v rámci stejného systému zachyceného iontu. Přímé rekonstrukce kvantových stavů odhalily interferenční vzory a oblasti Wignerovy negativity, což jsou jasné znaky toho, že se jedná o skutečné kvantové superpozice genuinně neklasických pohybových stavů. Tato práce otevírá cestu k novým kvantovým technologiím, které využívají kvantové oscilátory namísto pouhých jednoduchých kvantových bitů.

Jedním z nejslibnějších směrů je kvantové počítání, kde tyto stavy mohou být odolnější vůči chybám a umožňují jednodušší a robustnější protokoly pro korekci chyb. Systémy také poskytují novou platformu pro zkoumání hranice mezi klasickým a kvantovým chováním. Tým nyní spolupracuje s teoretiky, aby přesněji určil, jak „kvantové“ tyto stavy skutečně jsou, a věří, že se teprve škrábou na povrchu možností, a to jak pro praktické aplikace, tak pro hlubší pochopení těchto stavů na základní úrovni.