Fysikere bruger lysbølger til at accelerere superstrømme, muliggøre ultrahurtig quantum computing

Jigang Wang forklarede tålmodigt sin seneste opdagelse inden for kvantestyring, der kunne føre til superhurtig computing baseret på kvantemekanik:Han nævnte lysinduceret superledning uden energigab. Han bragte forbudte superaktuelle kvanteslag frem. Og han nævnte terahertz-speed symmetri bryde.

Derefter bakkede han op og præciserede alt det. Trods alt, kvanteverdenen for stof og energi på terahertz- og nanometer -skalaer - billioner af cyklusser i sekundet og milliarder af meter - er stadig et mysterium for de fleste af os.

"Jeg kan godt lide at studere kvantekontrol af superledelse, der overstiger gigahertz, eller milliarder af cyklusser i sekundet, flaskehals i nuværende state-of-the-art kvanteberegningsapplikationer, "sagde Wang, en professor i fysik og astronomi ved Iowa State University, hvis forskning er blevet støttet af Army Research Office. "Vi bruger terahertz -lys som betjeningsknap til at accelerere superstrømme."

Superledning er bevægelse af elektricitet gennem visse materialer uden modstand. Det sker typisk ved meget, meget kolde temperaturer. Tænk -400 Fahrenheit for "høje temperaturer" superledere.

Terahertz lys er meget let, meget høje frekvenser. Tænk på billioner af cyklusser i sekundet. Det er i det væsentlige ekstremt stærkt og kraftfuldt mikrobølgeudbrud, der brænder på meget korte tidsrammer.

Wang og et team af forskere demonstrerede, at sådant lys kan bruges til at kontrollere nogle af de essentielle kvanteegenskaber ved superledende tilstande, herunder makroskopisk superstrøm, brudt symmetri og adgang til visse meget højfrekvente kvantesvingninger, der menes at være forbudt af symmetri.

Det hele lyder esoterisk og mærkeligt. Men det kan have meget praktiske anvendelser.

"Lysinducerede superstrømme viser en vej frem for elektromagnetisk design af fremkomne materialegenskaber og kollektive sammenhængende svingninger til kvantetekniske applikationer, "Wang og flere medforfattere skrev i et forskningsartikel, der netop blev offentliggjort online af tidsskriftet Natur fotonik .

Med andre ord, opdagelsen kunne hjælpe fysikere med at "skabe vanvittige hurtige kvantecomputere ved at rykke superstrømme, "Wang skrev i et resumé af forskergruppens fund.

Find måder at kontrollere, få adgang til og manipulere kvanteverdenens særlige egenskaber og forbinde dem med virkelige problemer er et stort videnskabeligt skub i disse dage. National Science Foundation har inkluderet "Quantum Leap" i sine "10 store ideer" til fremtidig forskning og udvikling.

"Ved at udnytte interaktioner mellem disse kvantesystemer, næste generations teknologier til sansning, computing, modellering og kommunikation vil være mere præcis og effektiv, "siger en oversigt over videnskabsfondets støtte til kvantestudier." For at nå disse muligheder forskere har brug for forståelse af kvantemekanik for at observere, manipulere og kontrollere partiklernes og energiens adfærd ved dimensioner, der er mindst en million gange mindre end bredden af ​​et menneskehår. "

Wang og hans samarbejdspartnere - Xu Yang, Chirag Vaswani og Liang Luo fra Iowa State, ansvarlig for terahertz instrumentering og eksperimenter; Chris Sundahl, Jong-Hoon Kang og Chang-Beom Eom fra University of Wisconsin-Madison, ansvarlig for superledende materialer af høj kvalitet og deres karakteriseringer Martin Mootz og Ilias E. Perakis fra University of Alabama i Birmingham, ansvarlig for modelbygning og teoretiske simuleringer - går kvantegrænsen frem ved at finde nye makroskopiske superstrømstrømmende tilstande og udvikle kvantekontroller til at skifte og modulere dem.

Et resumé af forskergruppens undersøgelse siger, at eksperimentelle data fra et terahertz-spektroskopiinstrument indikerer, at terahertz-lysbølge-tuning af superstrømme er et universelt værktøj "og er nøglen til at skubbe kvantefunktionaliteter til at nå deres ultimative grænser i mange tværgående discipliner" som f.eks. dem nævnt af videnskabsfonden.

Også, forskerne skrev, "Vi mener, at det er rimeligt at sige, at denne undersøgelse åbner en ny arena for letbølgende superledende elektronik via terahertz-kvantestyring i mange år fremover."