Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 26 °C
Gök Gürültülü

Atomları Kontrol Etmenin ve Ölçmenin Yeni Bir Yolunda Kuantum Tuhaflığına Yakından Bakış

02.11.2020
175
Atomları Kontrol Etmenin ve Ölçmenin Yeni Bir Yolunda Kuantum Tuhaflığına Yakından Bakış

Atomlar aşırı derecede yaklaştıklarında, yeni nesil bilgi işlem ve diğer teknolojiler yaratmak için kullanılabilecek ilgi çekici etkileşimler geliştirirler.

Kuantum fiziği alanındaki bu etkileşimlerin, optik mikroskopların temel sınırlamaları nedeniyle deneysel olarak çalışılmasının zor olduğu kanıtlanmıştır.

Şimdi, elektrik mühendisliği yardımcı doçenti Jeff Thompson liderliğindeki bir Princeton araştırmacıları ekibi, hiçbir optik lens onları ayırt edemeyecek kadar yakın olan atomları kontrol etmek ve ölçmek için yeni bir yol geliştirdi.

Science dergisinde 30 Ekim 2020’de yayınlanan bir makalede anlatılan bu yöntem, nanometre ölçekli bir optik devrede ince ayarlı bir lazer kullanarak bir kristaldeki yakın aralıklı erbiyum atomlarını uyarıyor.

Araştırmacılar, her bir atomun lazer ışığının biraz farklı frekanslarına veya renklerine yanıt vermesinden yararlanarak araştırmacıların birden fazla atomu, uzamsal bilgilerine güvenmeden çözmelerine ve kontrol etmelerine olanak tanıyor.

Geleneksel bir mikroskopta, iki atom arasındaki boşluk, ayrılmaları, kabaca ışığın dalga boyuna eşit olan kırınım sınırı adı verilen bir anahtar mesafenin altında olduğunda etkili bir şekilde kaybolur.

Bu, gece gökyüzünde tek bir ışık noktası olarak görünen iki uzak yıldıza benzer. Bununla birlikte, bu aynı zamanda atomların etkileşime girmeye başladığı ve zengin ve ilginç kuantum mekaniği davranışına yol açtığı ölçektir.

“Her zaman merak ederiz, en temel düzeyde – katıların içinde, kristallerin içinde – atomlar gerçekte ne yapar? Nasıl etkileşim kurarlar? ” Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nde bir profesör olan ve araştırmaya dahil olmayan fizikçi Andrei Faraon, dedi. “Bu kağıt, birbirine çok yakın olan atomları inceleme penceresini açıyor.”

Atomları ve onların etkileşimlerini küçük mesafelerde incelemek, bilim insanlarının spin olarak bilinen bir kuantum özelliğini keşfetmelerine ve kontrol etmelerine olanak tanır.

Bir momentum biçimi olarak, spin genellikle yukarı veya aşağı (veya her ikisi de, ama bu başka bir hikaye) olarak tanımlanır. İki atom arasındaki mesafe yok olacak kadar küçüldüğünde – bir metrenin milyarda biri – birinin dönüşü diğerinin spini üzerinde etki yapar ve bunun tersi de geçerlidir.

Spinler bu alemde etkileşime girdikçe, bilim adamlarının ayrılmaz bir şekilde birbirine bağlı iki veya daha fazla parçacığı tanımlamak için kullandıkları bir terim olan birbirine karışabilir.

Dolaşan parçacıklar, daha sonra ne kadar uzaklaşırsa da, tek bir varoluşu paylaşıyorlarmış gibi davranırlar. Dolanıklık, kuantum mekaniğini klasik dünyadan ayıran temel olgudur ve kuantum teknolojileri vizyonunun merkezinde yer alır.

Yeni Princeton cihazı, bilim adamlarının bu spin etkileşimlerini benzeri görülmemiş bir netlikle incelemesi için bir basamaktır.

Yeni Princeton cihazının önemli bir özelliği, aynı anda yüzlerce atomu ele alma potansiyeli ve deneysel verilerin toplanabileceği zengin bir kuantum laboratuvarı sağlamasıdır. Dolanıklığın ürkütücü doğası da dahil olmak üzere gerçekliğin en derin gizemlerini çözmeyi uman fizikçiler için bir nimet.

Böyle bir sorgulama yalnızca ezoterik değildir. Son otuz yılda mühendisler, kuantum fenomenlerini, başka türlü imkansız sorunları çözebilen yeni kuantum bilgisayarların mantıksal yapı taşlarından, makineleri birbirine bağlayabilen ultra güvenli iletişim yöntemlerine kadar bilgi işleme ve iletişim için karmaşık teknolojiler oluşturmak için kullanmaya çalıştılar. hacklenemez kuantum İnternet.

Bu sistemleri daha da geliştirmek için, bilim insanlarının parçacıkları güvenilir bir şekilde dolaştırmaları ve bilgiyi kodlamak ve işlemek için dolaşıklıklarından yararlanmaları gerekecek.

Thompson’ın ekibi erbiyumda bir fırsat gördü. Araştırmacılara göre, geleneksel olarak lazerler ve mıknatıslarda kullanılan erbiyum, kuantum sistemlerinde kullanım için geniş çapta araştırılmadı çünkü gözlemlemek zor. Ekip, 2018’de bir atılım gerçekleştirerek bu atomların yaydığı ışığı iyileştirmek ve bu sinyali son derece verimli bir şekilde tespit etmek için bir yol geliştirdi. Şimdi hepsini topluca yapabileceklerini gösterdiler.

Lazer atomları aydınlattığında, onları benzersiz bir frekansta zayıf bir ışık yaymalarına yetecek kadar heyecanlandırır, ancak atomların dönüşlerini koruyup okuyacak kadar da hassas bir şekilde. Bu frekanslar, atomların farklı durumlarına göre çok ince bir şekilde değişir, öyle ki “yukarı” bir frekansa, “aşağı” da başka bir frekansa sahiptir ve her bir atom kendi frekans çiftine sahiptir.

“Bu kübitlerin bir topluluğuna sahipseniz, hepsi çok az farklı frekanslarda ışık yayar. Ve böylece, lazeri dikkatli bir şekilde birinin frekansına veya diğerinin frekansına ayarlayarak, onları uzamsal olarak çözme yeteneğimiz olmasa bile, onlara hitap edebiliriz ”dedi. “Her atom tüm ışığı görüyor, ancak yalnızca ayarlandıkları frekansı dinliyorlar.”

Işığın frekansı o zaman dönüş için mükemmel bir vekildir. Döndürmeleri yukarı ve aşağı değiştirmek, araştırmacılara hesaplamalar yapmanın bir yolunu sunar. Klasik bir bilgisayarda açık veya kapalı olan ve dijital dünyamızın sıfırlarını ve birlerini ortaya çıkaran transistörlere benzer.

Yararlı bir kuantum işlemcinin temelini oluşturmak için bu kübitlerin bir adım daha ileri gitmesi gerekecek.

Thompson’ın laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı ve makalenin iki baş yazarından biri olan Songtao Chen, “Etkileşimin gücü, iki dönüş arasındaki mesafeyle ilgilidir” dedi. “Bu karşılıklı etkileşimi sağlayabilmek için onları birbirine yaklaştırmak ve bu etkileşimi bir kuantum mantık kapısı oluşturmak için kullanmak istiyoruz.”

Bir kuantum mantık geçidi, iki veya daha fazla dolaşık kübit gerektirir, bu da onu proteinlerin katlanma modellerini hesaplama veya kuantum internette yönlendirme bilgileri gibi benzersiz kuantum işlemlerini gerçekleştirme yeteneğine sahiptir.

ABD Enerji Bakanlığı’nın 115 milyon dolarlık yeni kuantum bilimi girişiminde liderlik pozisyonunda bulunan Thompson, bu kübitleri dize getirme misyonunda. Kuantum Avantajı için Ortak Tasarım Merkezi’nin malzeme alanında, bilgi işlem ve ağ oluşturma için kübitlerle ilgili bölümlere liderlik ediyor.

Özellikle ağ uygulamalarında kullanışlı olan yeni bir tür kübit olan erbiyum sistemi, silikon cihazlar ve optik fiberler üzerinden kodlanmış ışık şeklinde sinyaller göndererek mevcut telekomünikasyon altyapısını kullanarak çalışabilir.

Bu iki özellik erbiyuma, optik fiber iletişim ağlarıyla iyi çalışmayan görünür ışık dalga boyları aracılığıyla bilgi ileten günümüzün en gelişmiş katı hal kübitlerine göre endüstriyel bir avantaj sağlar.

Yine de, ölçekte çalışmak için erbiyum sisteminin daha fazla tasarlanması gerekecek.

Ekip, ne kadar yaklaşırsa yaklaşsın kübitlerinin dönüş durumunu kontrol edip ölçebiliyor ve yüksek doğrulukta ölçüm üretmek için optik yapıları kullansa da, henüz kübitleri iki kübitlik kapılar oluşturmak için gerektiği gibi ayarlayamıyorlar.

Bunu yapmak için mühendislerin erbiyum atomlarını barındıracak farklı bir malzeme bulması gerekecek. Çalışma, gelecekteki bu gelişme göz önünde bulundurularak tasarlandı.

Elektrik mühendisliği alanında altıncı sınıf yüksek lisans öğrencisi olan Mouktik Raha, “Bu deneyi yapma şeklimizin en büyük avantajlarından biri, erbiyumun içinde bulunduğu ev sahibiyle hiçbir ilgisinin olmamasıdır” dedi. yazarlar. “İçine erbiyum koyabildiğiniz ve ortalıkta titremediği sürece, gitmekte fayda var.”

Referans: Songtao Chen, Mouktik Raha, Christopher M. Phenicie, Salim Ourari ve Jeff D. Thompson, 30 Ekim 2020, Science tarafından “Paralel tek atış ölçümü ve kırınım sınırının altındaki katı hal dönüşlerinin tutarlı kontrolü”.

Her ikisi de elektrik mühendisliği yüksek lisans öğrencileri olan Christopher M. Phenicie ve Salim Ourari de makaleye katkıda bulundu. Çalışma, Princeton Quantum Initiative ile birlikte yürütüldü ve kısmen Ulusal Bilim Vakfı, Princeton Karmaşık Malzemeler Merkezi, Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Dairesi Genç Araştırmacı Programı ve Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı tarafından finanse edildi. .

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.