Japonští vědci 'rozsvítili' skryté kvantové režimy: Odemkli cestu k revolučním kvantovým technologiím
InovaceV podivuhodném světě kvantové fyziky existují efekty, které je nejen obtížné ovládat, ale jsou zcela skryté.
V podivuhodném světě kvantové fyziky existují efekty, které je nejen obtížné ovládat, ale jsou zcela skryté. Tyto takzvané „temné režimy“ tiše dřímou uvnitř kvantových systémů, odmítají interagovat s vnějšími signály a navíc potlačují chování, které vědci chtějí využít.
Nový výzkum vědců z japonského Centra pro kvantové počítání RIKEN nyní představuje chytrý způsob, jak tento problém překonat. Tím, že tyto neviditelné režimy krátce zviditelnili, odemkli cestu k ovládání nepolapitelných kvantových efektů, které byly dříve mimo dosah. Tento objev by mohl zásadně změnit způsob, jakým budoucí kvantová zařízení ukládají a přenášejí informace, zejména v systémech pracujících se světlem a zvukem v nejmenších měřítkách.
Vědci pracovali s nehermitovskými systémy, což je třída kvantových systémů, které si mohou vyměňovat energii se svým okolím. Tyto systémy jsou v poslední době velmi diskutované, protože mohou hostit neobvyklé topologické efekty. Topologie zde odkazuje na vlastnosti, které zůstávají stabilní i při mírném narušení systému, což je činí atraktivními pro robustní kvantové technologie. V takových systémech mohou být částice jako fotony (světlo) nebo fonony (vibrace zvuku) řízeny kontrolovaným způsobem – například nuceny pohybovat se pouze jedním směrem. Problémem je, že kvantové systémy mají mnoho režimů pohybu nebo excitace. Některé jsou „světlé režimy“, které interagují s vnějšími signály a lze je ovládat. Jiné jsou „temné režimy“, které jsou zcela oddělené a nereagují na vnější pole, podobně jako skryté převody ve stroji, kterých se nelze dotknout. Tyto temné režimy způsobují vážné problémy, protože blokují přeměnu mezi různými režimy a topologický přenos fononů, což znemožňuje kontrolovaný přenos energie a užitečné kvantové operace. Tradiční řešení, jako je úprava parametrů systému, nefungují, protože temné režimy zůstávají zásadně odpojené.
Tým z RIKENu zvolil jiný přístup. Namísto snahy o eliminaci temných režimů se rozhodli je přeprogramovat. Do systému zavedli pečlivě navržené umělé kvantové informace. Přidáním specifických kvantových vstupů změnili způsob interakce různých režimů. Toto inženýrství efektivně donutilo temné režimy dočasně se spojit se systémem – čímž se z nich staly světlé režimy. Jakmile k tomu dojde, dříve blokované topologické efekty se znovu aktivují. Fonony se opět mohou pohybovat kontrolovaným způsobem a různé režimy si mohou vyměňovat energii podle záměru. Vědci byli překvapeni, jak robustní se metoda ukázala být. I za podmínek, kdy očekávali selhání systému, inženýrské přechody pevně držely. To naznačuje, že přístup není jen teorií, ale něčím, co by mohlo fungovat ve skutečných zařízeních. Tento výzkum, publikovaný v časopise Nature Communications, otevírá cestu k budování škálovatelných kvantových zařízení a objevování nových topologických jevů.