Kvanttihyppy, jota kukaan ei osannut odottaa
Kuvittele, että säädät kitaraa, jonka kieli on niin pieni, että se tanssii kvanttifysiikan tahtiin. Oxfordin fyysikot juuri keksisivät, miten tämä onnistuu – ja nerokkaalla tempulla.
- toukokuuta Oxfordin yliopiston porukka julkaisi Nature Physics -lehdessä tuloksia. He loivat ensimmäistä kertaa neljännen asteen puristusta, eli quadsqueezingia. Nimi kuulostaa scifiltä, mutta tämä muuttaa kvanttitutkettelua.
Miksi puristus merkitsee?
Kvanttimekaniikassa et voi mitata yhtä aikaa tarkasti paria ominaisuutta, kuten paikkaa ja liikemäärää. Mitä tarkemmin tiedät toisen, sitä epätarkempi toinen on. Laki on vakio.
Puristus on ovela kiertotie. Siirrät epävarmuutta: teet yhdestä piirteestä tarkemman ja annat toisen olla epämääräisempi. Vaihto eduksi.
Tätä käytetään jo tosielämässä. LIGO-ilmaisin havaitsi mustien aukkojen törmäyksistä syntyvät aaltoilmat juuri puristetun valon avulla. Mahtavaa.
Haaste: Isompi ja villimpi
Peruspuristus on hieno. Entä korkeamman tason versiot? Teoriassa trisqueezing (kolmannen asteen) ja quadsqueezing (neljännen) lupaavat enemmän. Käytännössä ne ovat heikkoja ja hukkuvat meluun heti.
Vuosia ne ovat olleet kvanttifysiikan myyttisiä petoja – tiedossa, mutta tavoittamattomia.
Nerokas kikka, joka käänsi pelin
Oxfordin tiimi käänsi ongelman voitoksi. He ohjasivat kahta voimaa loukussa olevaan ioniin niin, että ne vahvistivat toisiaan.
Kvanttimaailmassa voimien järjestys ratkaisee: A ensin, B perässä eroaa B ensin, A perässä. Tämä ei-kommutatiivisuus yleensä sotkee homman.
Doktori Oana Băzāvan porukka päätti hyödyntää juuri tätä. Pinottuina voimat kasvoivat ja synnyttivät monimutkaisia kvantti-ilmiöitä. Ongelmista syntyi ratkaisu.
Teoriasta teoksi – salamannopeasti
Koe oli huikea. Samalla laitteella vaihtoivat puristustyyppejä säätämällä voimien taajuuksia, vaiheita ja vahvuuksia. Sain peruspuristuksen, trisqueezingin ja ensi kertaa quadsqueezingin – missään kvanttilaitteessa.
Ja tässä järkytys: neljännen asteen efekti syntyi yli sata kertaa nopeammin kuin vanhat mallit ennustivat. Näkyvissä ja hyödyllisissä aikatauluissa.
Mitattiin ionin liikkeet – jokaisen puristuksen jälki oli selvä. Kvanttisormenjäljet täsmäsivät.
Mitä seuraavaksi?
Tiimi laajentaa menetelmää monimutkaisempiin systeemeihin, joissa liikkuu useita osia. Työkalut ovat jo monissa kvanttilaboissa, joten leviäminen on lähellä.
Mahdollisuudet innostavat: parempia sensoreita aaltoihin, vakaampia kvanttitietokoneita, uusia simulaatioita tuntemattomista kvanttisysteemeistä.
Ohjaaja Raghavendra Srinivas kuvasi: ovi aukesi "tuntemattomaan kvanttimaailmaan".
Laajempi näkymä
Tekniikka on kova juttu, mutta mielenkiintoisin on ajattelun muutos. Normaalisti ärsyttävä ei-kommutatiivisuus muuttui aseeksi. Tällainen luovuus vie tiedettä eteenpäin.
Elämme kvanttikultakaudella. Jokainen tällainen löydös lähestyttää toimivia kvanttitietokoneita, näkymättömiä ilmiöitä havaitsevia laitteita ja uutta fysiikkaa.
Kaikki lähti kysymyksestä: entä jos emme taistele kvanttiviehkeyttä vastaan, vaan otamme sen avuksi?
Nerokasta, eikö?