Gør ioner til kvantekatte

I Schrödingers berømte tankeeksperiment, en kat ser ud til at være både død og levende - en idé, der anstrenger troværdighed. Disse dage, katte handler stadig ikke på denne måde, men fysikere opretter nu regelmæssigt analoger af Schrödingers kat i laboratoriet ved at smøre den mikroskopiske kvanteverden over makroskopiske afstande.

Sådanne "kattestater" har fundet mange hjem, lovende mere følsomme kvantemålinger og fungerer som grundlag for kvantefejlkorrigerende koder-en nødvendig komponent til fremtidige fejludsatte kvantecomputere.

Med disse mål for øje, nogle forskere er ivrige efter at skabe bedre kattestater med enkelte ioner. Men, indtil nu, standardteknikker har pålagt grænser for, hvor langt deres kvantekarakter kan sprede sig.

For nylig, forskere ved Joint Quantum Institute udviklet en ny ordning til oprettelse af enkeltionskattestater, beskriver resultaterne i denne uge i Naturkommunikation . Deres eksperiment placerer en enkelt ytterbiumion i en superposition - en kvantekombination - af to forskellige tilstande. I første omgang, disse stater bevæger sig sammen i deres fælles miljø, deler den samme bevægelse. Men en række omhyggeligt timede og ultrahurtige laserpulser anvender forskellige kræfter på de to iontilstande, skubbe dem i modsatte retninger. Den oprindelige superposition fortsætter, men staterne ender med at svinge ud af fase med hinanden.

Ved hjælp af denne teknik, JQI -teamet formåede at adskille staterne med en afstand på næsten 300 nanometer, cirka tolv gange længere end tidligere muligt. Der er stadig kun en ion, men dens kvante natur strækker sig nu over en afstand mere end tusinde gange større end dens oprindelige størrelse. Sådanne langdistance-superpositioner er yderst følsomme, og kunne muliggøre præcise atominterferometri -målinger eller robuste kvantekryptografiske teknikker.