Các nhà nghiên cứu thực hiện các bước quan trọng để tạo ra các trạng thái lượng tử của âm thanh bên trong một thiết bị siêu nhỏ bằng cách sử dụng ánh sáng laze và các phép đo đơn photon.
Trên toàn cầu, các nhà nghiên cứu hiện có thể tạo ra và điều khiển các trạng thái lượng tử trong nhiều hệ thống vật lý khác nhau trải dài từ các hạt ánh sáng riêng lẻ đến các phân tử phức tạp bao gồm hàng nghìn nguyên tử. Sự kiểm soát này cho phép phát triển các công nghệ lượng tử mới mạnh mẽ, chẳng hạn như điện toán lượng tử và truyền thông lượng tử, đồng thời cung cấp những con đường thú vị để kiểm tra nền tảng của vật lý lượng tử. Đặc biệt, một thách thức quan trọng hiện nay là làm thế nào để tạo ra các trạng thái lượng tử trên quy mô lớn hơn, điều này sẽ cho phép thiết lập tiềm năng công nghệ của vật lý lượng tử và khám phá ranh giới của vật lý lượng tử.
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Imperial College London, cùng với Đại học Oxford, Viện Niels Bohr, Viện Max Planck về Khoa học Ánh sáng và Đại học Quốc gia Úc đã tạo ra và quan sát các trạng thái không phải Gauss của sóng âm tần số cao bao gồm hơn một nghìn tỷ nguyên tử. Cụ thể hơn, nhóm nghiên cứu đã biến đổi một trường âm thanh dao động ngẫu nhiên ở trạng thái cân bằng nhiệt thành một dạng tiếng đập có cường độ cụ thể hơn.
Nghiên cứu này tạo ra những bước tiến quan trọng nhằm tạo ra nhiều trạng thái lượng tử vĩ mô hơn để cho phép phát triển các thành phần internet lượng tử trong tương lai và các giới hạn của chính cơ học lượng tử sẽ được kiểm tra. Chi tiết về nghiên cứu của nhóm được công bố ngày hôm nay trên tạp chí Physical Review Letters .
“Để thực hiện nghiên cứu này, chúng tôi hạn chế ánh sáng laser lưu thông bên trong một bộ cộng hưởng quy mô siêu nhỏ. Một cách ấn tượng, ánh sáng có thể luân chuyển tới một triệu lần xung quanh rìa của cấu trúc nhỏ bé này trong cái gọi là chế độ thư viện thì thầm”, đồng đầu tiên giải thích tác giả của dự án John Price từ Imperial.
“Khi ánh sáng lưu thông, nó tương tác với sóng âm tần số cao và chúng tôi có thể sử dụng ánh sáng laser để tạo ra và mô tả các trạng thái thú vị của trường âm thanh,” đồng tác giả đầu tiên Andreas Svela từ Imperial tiếp tục.
“Sau đó, khi chúng tôi quan sát một photon đơn lẻ được tạo ra bởi tương tác âm thanh ánh sáng này, sự kiện phát hiện cho chúng tôi tín hiệu rằng chúng tôi đã tạo ra trạng thái mục tiêu của mình,” đồng tác giả đầu tiên Lars Freisem từ Imperial mô tả.
Khi một photon đơn lẻ được phát hiện, điều đó có nghĩa là một phonon đơn lẻ – một lượng tử năng lượng âm thanh – đã bị trừ khỏi trạng thái ban đầu của trường âm thanh. Nhóm nghiên cứu đã khám phá phép cộng và trừ đơn phonon trước đây để quan sát sự nhân đôi phản trực giác của số lượng tử âm thanh trung bình và công trình hiện tại tạo ra một tiến bộ đáng kể bằng cách mô tả chính xác các dao động của sóng âm thanh được tạo ra và quan sát mẫu không phải Gaussian. .
“Việc tạo ra các trạng thái lượng tử không phải Gauss là điều quan trọng đối với nghiên cứu về thông tin lượng tử và nền tảng của vật lý, và thú vị là, nghiên cứu này đưa chúng ta đến gần hơn với việc tạo ra các trạng thái như vậy ở quy mô vĩ mô bằng cách sử dụng trường âm thanh “, Georg Enzian, đồng tác giả đầu tiên, cho biết. theo đuổi nghiên cứu tại Viện Niels Bohr, Copenhagen.
“Công việc trong tương lai sử dụng cách tiếp cận này cung cấp một lộ trình thực tế để lưu trữ và truy xuất thông tin lượng tử một cách mạch lạc. Đó là, tạo ra một RAM lượng tử cho một máy tính lượng tử. Hơn nữa, loại nghiên cứu này có thể làm sáng tỏ những cơ chế khác nhau gây ra hiện tượng lượng tử mong manh để phân rã và trở thành cổ điển “, điều tra viên chính của Phòng thí nghiệm đo lường lượng tử Michael Vanner nhấn mạnh.
Theo: Phys.
