Kvantumrészecskék egyirányúutcán

Van valami meglehetősen őrült a kvantumvilágban: a tudósok lényegében autópályát építenek parányi részecskéknek, és ehhez egyirányú utcákra van szükségük. A RIKEN kutatócsapata épp ezt oldta meg hangrészecskékkel — és a legjobb az egészben, hogy működik akkor is, amikor baj van.

Miért olyan fontos ez?

A hagyományos számítógépek viszonylag megbocsátóak. Ha egy apró alkatrész nem tökéletes, a rendszer nem omlik össze. A kvantumszámítógépek? Azok híresen igényesek. Gyártási pontatlanság, környezeti zaj — bármelyik elegendő ahhoz, hogy az egész működés meghiúsuljon.

Épp ezért olyan izgalmas ez a kutatás.

Franco Nori és Adam Miranowicz vezetésével a csapat egy "nem-reciprok kvantum-szinkronizáció" nevű technikát fejlesztett ki. Egyszerűbben: két kvantumrendszert sikerült összehangolniuk, de csak egy irányban. Mintha egy táncparketten a ritmus csak balról jobbra terjedne — a jobb oldali táncosok nem tudnák visszaadni a mozgást.

A meglepetés

Aztán jött az, amire senki sem számított.

A kutatók arra számítottak, hogy bonyolult védelmi rendszerekre lesz szükségük ahhoz, hogy ez a törékeny szinkron működjön. Ehelyett valami váratlant találtak.

A szinkron egyszerűen... működött tovább. Nagyobb pontatlanságokkal is. Zaj jelenlétében is. Deng-Gao Lai kutató szerint: "Korábban ezt lehetetlennek gondoltuk."

Ilyen meglepetés ritkán történik a fizikában. Amikor a kutatók arra számítanak, hogy valami elbukik, és mégsem — az a valódi áttörés jele.

A technika lényege

Két kvantumhatás kombinálása rejti a megoldást. Amikor fény vagy mágneses mező éri a rendszert egy bizonyos irányból, a fononok (hangrészecskék) gyönyörűen szinkronizálódnak. Másik irányból? Semmi. Ez az egyirányú viselkedés teszi lehetővé a gyakorlati alkalmazást.

Miért számít ez?

A kvantumszámítógépeknek a valóságban kell működniük, nem csak tökéletesen kontrollált laboratóriumi körülmények között. Ez a kutatás azt mutatja, hogy a robusztus, egyirányú kvantumviselkedés elérhető akkor is, ha a körülmények nem ideálisak. Ez hatalmas lépés az olyan kvantumszámítógépek felé, amelyeket nem kell steril környezetben őrizgetni.

A csapat most azon dolgozik, hogyan használható ez a kvantumhálózatoknál és a hibákkal szemben ellenálló információfeldolgozásnál.

Öszintén szólva: kíváncsi vagyok, hova vezet ez. Éveken át hallottunk kvantumszámítási áttörésekről, de a gyakorlati akadályok mindig lehangolóak voltak. Amikor a kutatók olyasmit találnak, ami működik annak ellenére, hogy a várt problémák miatt el kellett volna buknia — az az a pillanat, amikor elkezd igazán érdekes lenni.

Forrás: ScienceDaily