En kvantetromme, der lagrer kvantetilstande i rekordlange tid

Forskere ved Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, har forbedret kohærenstiden for en tidligere udviklet kvantemembran dramatisk. Forbedringen vil udvide membranens anvendelighed til en række forskellige formål. Med en kohærenstid på hundrede millisekunder kan membranen for eksempel lagre følsom kvanteinformation til videre bearbejdning i en kvantecomputer eller et netværk. Resultatet er nu offentliggjort i Nature Communications .

Kvantetromlen er nu forbundet til en udlæsningsenhed

Som et første skridt har forskerholdet kombineret membranen med et superledende mikrobølgekredsløb, som muliggør præcise udlæsninger fra membranen. Det vil sige, at den er blevet "tilsluttet", som krævet til stort set enhver applikation. Med denne udvikling kan membranen forbindes med forskellige andre enheder, der behandler eller transmitterer kvanteinformation.

Køling af kvantetromlesystemet for at nå kvantegrundtilstand

Da temperaturen i omgivelserne bestemmer niveauet af tilfældige kræfter, der forstyrrer membranen, er det bydende nødvendigt at nå en tilstrækkelig lav temperatur til at forhindre, at kvantebevægelsestilstanden udvaskes. Det opnår forskerne ved hjælp af et heliumbaseret køleskab. Ved hjælp af mikrobølgekredsløbet kan de så styre kvantetilstanden af ​​membranbevægelsen. I deres seneste arbejde kunne forskerne forberede membranen i kvantegrundtilstand, hvilket betyder, at dens bevægelse er domineret af kvanteudsving. Kvantegrundtilstanden svarer til en effektiv temperatur på 0,00005 grader over det absolutte nulpunkt, hvilket er -273,15 °C.

Anvendelser til den tilsluttede kvantemembran er mange

Man kunne bruge en let modificeret version af dette system, der kan mærke kræfter fra både mikrobølge- og optiske signaler til at bygge en kvantetransducer fra mikrobølge til optik. Kvanteinformation kan transporteres ved stuetemperatur i optiske fibre på kilometer uden forstyrrelser. På den anden side behandles informationen typisk inde i en køleenhed, der er i stand til at nå tilstrækkeligt lave temperaturer til, at superledende kredsløb som membranen kan fungere. At forbinde disse to systemer – superledende kredsløb til optiske fibre – kunne derfor muliggøre konstruktionen af ​​et kvanteinternet:flere kvantecomputere forbundet med optiske fibre. Ingen computere har uendelig plads, så muligheden for at distribuere beregningsevner til tilsluttede kvantecomputere ville i høj grad forbedre kapaciteten til at løse komplicerede problemer.

Tyngekraft – ikke godt forstået i kvantemekanik, men afgørende – kan nu udforskes

Tyngdekraftens rolle i kvanteregimet er et endnu ubesvaret, grundlæggende spørgsmål i fysikken. Dette er endnu et sted, hvor den høje sammenhængstid af membranerne, der er demonstreret her, kan anvendes til undersøgelse. En hypotese på dette område er, at tyngdekraften har potentialet til at ødelægge nogle kvantetilstande med tiden. Med en enhed så stor som membranen kan sådanne hypoteser blive testet i fremtiden. + Udforsk yderligere

Manipulering af de mørke tilstande af superledende kredsløb i en mikrobølgeleder