Hvad i alverden er et kvantebad?
Lad mig starte med at forklare, hvorfor du overhovedet skal interessere dig for det her.
Du har sikkert hørt, at kvantecomputere er fremtiden. Det er de også. Problemet er bare, at de er ekstremt skrøbelige. Vi snakker ikke bare lidt følsomme — den mindste påvirkning udefra kan ødelægge de kvantetilstande, som alt det magiske er afhængigt af.
I årevis har fysikere forsøgt at koble kvantecomputere sammen over lange afstande — bygninger væk, eller endda byer fra hinanden. Det ville være helt afgørende for at skabe store kvantenetværk og virkelig kraftfulde systemer. Men hver gang forskerne har prøvet, har de skullet styre det hele manuelt. Måle konstant. Passe på det hele tiden.
Og det er præcis der, den her nye forskning fra Institute of Science and Technology Austria (ISTA) kommer ind i billedet.
Hvad er sammenfiltring egentlig?
Lad mig forklare det så simpelt jeg kan.
Tænk på det som to mønter, der på en eller anden måde er forbundet på en måde, der ikke findes i normal fysik. Når du kaster den ene mønt, og den lander på plat, så lander den anden øjeblikkeligt på krone — selvom den befinder sig i den anden ende af galaksen. Det er sammenfiltring, og Einstein kaldte det "uhyggelig handling på afstand."
At skabe den forbindelse mellem partikler, der er tæt på hinanden, er svært nok. Men at få to kvantecomputere på forskellige lokationer til at blive sammenfiltret? Det har været virkelig svært.
De traditionelle metoder går ud på at sende enkelte fotoner frem og tilbage mellem dem. Eller få begge qubits til at udsende fotoner, som man så prøver at parre. Begge dele virker, men de kræver konstant aktiv styring og massevis af målinger.
Det revolutionerende ved det her
Og her kommer det, der får mig til at spidse ører.
Forskellige forskere ved ISTA — ledet af ph.d.-studerende Alejandro Andrés-Juanes og professor Johannes Fink — gjorde noget helt anderledes. I stedet for at kæmpe imod omgivelserne brugte de dem.
Deres "kvantebad" er i bund og grund en fælles kilde til korrelerede lyspartikler — fotoner — der bogstaveligt talt bader qubits i en kontrolleret kvanteomgivelse. Badet selv bliver kilden til sammenfiltringen og skaber en stabil forbindelse mellem de fjerne qubits. Automatisk. Ingen babysitting.
"Kvantebadet — altså qubits' omgivelser — er kilden til sammenfiltringen," forklarer Fink. "Det skaber en ny grundtilstand gennem en kontinuerlig strøm af korrelerede fotoner. På den måde stabiliseres den sammenfiltrede kvantetilstand, selv ud over qubits' egen 'levetid', og forbliver altid tilgængelig som en ressource til videre kvantebehandling."
Tænk over det. I stedet for at skabe sammenfiltring midlertidigt og skulle bruge det med det samme, før det forsvinder... så bliver den sammenfiltrede tilstand bare der. Klar, når du har brug for den.
Det er ret stort.
Hvorfor det her ikke bare er endnu et laboratorieeksperiment
De fleste kvanteforskning, du hører om, handler om at gøre enkelte qubits bedre eller tilføje flere qubits til én chip. Det er vigtigt arbejde. Men det er kun halvdelen af kampen.
Hvis vi nogensinde skal have kvantecomputere, der for alvor kan ændre verden — bryde kryptering, simulere komplekse molekyler til lægemiddeludvikling, løse optimeringsproblemer der ville tage klassiske computere millioner af år — så skal vi forbinde mange kvanteprocessorer. Tænk på det som at netværke individuelle computere til internettet.
Metoderne der vandt Nobelprisen i fysik i 2022 — ja, sammenfiltring er Nobelpris-værdigt — kræver stadig aktiv måling og lykkes ikke altid. De er også skrøbelige. Man skal fange øjeblikket og bruge det, før det forsvinder.
Den nye tilgang? Sammenfiltringen er der bare. Vedligeholdt af omgivelserne selv.
De tekniske detaljer (forenklet)
Forskerne brugte mikrobølge-fotoner til at koble deres qubits med den sammenfiltrede fotonkilde. Mikrobølge-fotoner er lav-energi lyspartikler, der er perfekte til at manipulere kvanteinformation — og de er allerede centrale i de mest avancerede superledende kvantecomputere.
For at bevise at det hele virkede, brugte de kvantetomografi. Det er bare en fancy måde at sige, at de tog en masse hurtige målinger (kun 20-80 nanosekunder) og samlede billedet af, hvad der skete.
Hvad det betyder for fremtiden
Jeg vil ikke overdrive det her — der er stadig års arbejde foran os, før det bliver en kommerciel teknologi. Men konceptuelt set er det betydeligt.
Vi snakker om en metode, der er "fuldt autonom" og ikke kræver aktiv styring eller måling. For et felt der har kæmpet med kompleksiteten i kvantesystemer, er det befriende.
Selve idéen er ikke ny. Forskere fremsatte den teoretiske tilgang for over 20 år siden. Men det her er første gang, nogen faktisk har demonstreret det i praksis. Forskellen mellem at vide, at noget burde virke, og at få det til at virke.
Så næste gang du hører nogen snakke om kvanteinternettet eller distribueret kvanteberegning, så husk den her historie.
Løsningen kommer måske fra at lade kvantesystemer bade i deres egne omgivelser i stedet for konstant at prøve at kontrollere hver eneste lille detalje. Nogle gange er den bedste løsning at stoppe med at mikrostyre og lade naturen gøre sit.
Kilde: ScienceDaily