Dybere forståelse af kvantekaos kan være nøglen til kvantecomputere

Ny forskning giver indsigt i et nyligt eksperiment, der var i stand til at manipulere et hidtil uset antal atomer gennem en kvantesimulator. Denne nye teori kunne give endnu et skridt på vejen til at skabe de undvigende kvantecomputere.

Et internationalt team af forskere, ledet af University of Leeds og i samarbejde med Institute of Science and Technology Austria og University of Geneva, har givet en teoretisk forklaring på den særlige adfærd hos individuelle atomer, der blev fanget og manipuleret i et nyligt eksperiment af Harvard University og MIT. Eksperimentet brugte et system af finjusterede lasere til at fungere som "optisk pincet" til at samle en bemærkelsesværdig lang kæde på 51 atomer.

Når kvantedynamikken i atomkæden blev målt, der var overraskende svingninger, der varede meget længere end forventet, og som ikke kunne forklares.

Studie medforfatter, Dr. Zlatko Papic, Underviser i teoretisk fysik ved Leeds, sagde:"Det forrige Harvard-MIT-eksperiment skabte overraskende robuste svingninger, der holdt atomerne i en kvantetilstand i længere tid. Vi fandt, at disse svingninger var ret forvirrende, fordi de foreslog, at atomer på en eller anden måde var i stand til at "huske" deres oprindelige konfiguration, mens bevæger sig stadig kaotisk.

"Vores mål var at forstå mere generelt, hvor sådanne svingninger kunne komme fra, da oscillationer betyder en eller anden form for sammenhæng i et kaotisk miljø - og det er netop det, vi ønsker af en robust kvantecomputer. Vores arbejde tyder på, at disse svingninger skyldes et nyt fysisk fænomen, som vi kaldte 'kvante-mange-kropsar'."

I hverdagen, partikler vil hoppe af hinanden, indtil de udforsker hele rummet, falder til sidst i en tilstand af ligevægt. Denne proces kaldes termalisering. Et kvantear er, når en speciel konfiguration eller vej efterlader et aftryk på partiklernes tilstand, som forhindrer dem i at fylde hele rummet. Dette forhindrer systemerne i at nå termalisering og giver dem mulighed for at opretholde nogle kvanteeffekter.

Dr. Papic sagde:"Vi er ved at lære, at kvantedynamik kan være meget mere kompleks og indviklet end blot termalisering. Den praktiske fordel er, at længere perioder med svingninger er præcis, hvad der er brug for, hvis kvantecomputere skal blive en realitet. Den information, der behandles og gemt på disse computere vil være afhængig af at holde atomerne i mere end én tilstand til enhver tid, det er en konstant kamp for at forhindre, at partiklerne falder i en ligevægt."

Studie hovedforfatter, Christopher Turner, doktorgradsforsker ved School of Physics and Astronomy i Leeds, sagde:"Tidligere teorier, der involverede kvante-ar, er blevet formuleret for en enkelt partikel. Vores arbejde har udvidet disse ideer til systemer, der ikke indeholder én, men mange partikler, som alle er viklet ind i hinanden på komplicerede måder. Kvante ar på mange krop kan repræsentere en ny vej til at realisere sammenhængende kvantedynamik."

Teorien om kvante-mange-kroppe ar kaster lys over de kvantetilstande, der understøtter atomernes mærkelige dynamik i Harvard-MIT-eksperimentet. Forståelse af dette fænomen kan også bane vejen for at beskytte eller forlænge levetiden af ​​kvantetilstande i andre klasser af kvante-mangelegemesystemer.