Les scientifiques inventent une « flûte quantique » qui peut faire bouger les particules de lumière ensemble

Une nouvelle expérience de « flûte quantique » par des physiciens de l’Université de Chicago pourrait ouvrir la voie à une nouvelle technologie quantique. Les trous créent différentes longueurs d’onde, semblables à des « notes » sur une flûte, qui peuvent être utilisées pour coder des informations quantiques. Source de l’image : Laboratoire Schuster

Les physiciens de l’Université de Chicago ont inventé une « flûte quantique » qui, comme le joueur de flûte, peut forcer les particules de lumière à se déplacer ensemble d’une manière que nous n’avons jamais vue auparavant.


Décrite dans deux études publiées dans messages d’examen physique Et le Physique naturelleLa pénétration peut ouvrir la voie à la prise de conscience Mémoires quantiques ou de nouvelles formes de correction d’erreurs dans les ordinateurs quantiques, observant des phénomènes quantiques invisibles dans la nature.

assistant. Travaux de laboratoire du professeur David Schuster Bit quantiqueL’équivalent quantique d’une partie informatique – qui exploite les propriétés étranges des particules au niveau atomique et subatomique pour faire des choses autrement impossibles. Dans cette expérience, ils travaillaient avec des particules de lumière, appelées photons, dans le spectre des micro-ondes.

Le système qu’ils ont créé consiste en une longue cavité réalisée dans un seul bloc de métal, destinée à piéger les photons aux fréquences micro-ondes. L’alésage est réalisé en perçant des trous décalés comme des trous dans une flûte.

« Tout comme dans instrument de musiqueSchuster a déclaré : « Vous pouvez envoyer une ou plusieurs longueurs d’onde de photons à travers tout, et chaque longueur d’onde crée une ‘note’ qui peut être utilisée pour coder Informations quantitativesLes chercheurs peuvent alors contrôler les interactions « notes » à l’aide d’un bit quantique maître, un circuit électrique supraconducteur.

Mais leur découverte la plus étrange était la façon dont les photons se comportent ensemble.

Dans la nature, les photons interagissent rarement – ils se traversent simplement les uns les autres. Avec une préparation minutieuse, les scientifiques peuvent parfois faire interagir deux photons avec la présence de l’autre.

« Ici, nous faisons quelque chose d’un peu plus inhabituel », a déclaré Schuster. « Au début, les photons n’interagissent pas du tout, mais quand ils le font énergie totale Dans le système, ça atteint un point de basculement, tout d’un coup, ils se parlent tous. »

Avoir autant de photons « parlant » les uns aux autres dans une expérience de laboratoire est très étrange, comme voir un chat marcher sur ses pattes arrière.

« Habituellement, la plupart des interactions de particules sont un à un – deux particules rebondissent ou s’attirent », a déclaré Schuster. « Si vous en ajoutez un troisième, ils interagissent généralement toujours de manière séquentielle avec l’un ou l’autre. Mais ce système les fait tous interagir en même temps. »

Leurs expériences n’ont testé que jusqu’à cinq « notes » à la fois, mais les scientifiques ont finalement pu imaginer faire passer des centaines ou des milliers de notes sur un seul qubit pour les contrôler. Dans un processus aussi complexe qu’un ordinateur quantique, les ingénieurs veulent simplifier partout où ils le peuvent, a déclaré Schuster : « Si vous deviez construire un ordinateur quantique avec mille bits et que vous pouviez tout contrôler avec un seul bit, ce serait incroyablement précieux. . »

Les chercheurs sont également enthousiasmés par le même comportement. Personne n’a observé de telles interactions dans la nature, donc les chercheurs espèrent également que la découverte sera utile pour simuler des phénomènes physiques complexes qui ne peuvent pas être vus même ici sur Terre, y compris peut-être même une certaine physique des trous noirs.

Au-delà de cela, les expériences sont juste amusantes.

« Les interactions quantiques se produisent généralement sur des échelles de longueur et de temps qui sont trop petites ou trop rapides pour être vues. Dans notre système, nous pouvons mesurer Photons Dans chacune de nos observations, et surveiller l’impact de l’interaction au fur et à mesure qu’elle se produit. C’est vraiment cool de « voir » une interaction quantique avec votre œil, a déclaré Srivatsan Chakram, chercheur postdoctoral à l’Université de Chicago, co-premier auteur de l’article et maintenant professeur adjoint à l’Université Rutgers.


Photons jumeaux de différents points quantiques


Plus d’information:
Srivatsan Chakram et al, cavités micro-ondes sans soudure de haute qualité pour l’électrodynamique quantique d’un circuit multimode, messages d’examen physique (2021). DOI : 10.1103/ PhysRevLett.127.107701

Srivatsan Chakram et al, Blocage des photons multimodes, Physique naturelle (2022). DOI : 10.1038 / s41567-022-01630-y

Introduction de
Université de Chicago

la citation: Les scientifiques ont inventé une « flûte quantique » qui peut faire bouger les particules de lumière ensemble (2022, 6 juillet) Extrait le 7 juillet 2022 de https://phys.org/news/2022-07-scientists-quantum-flute-particules. html

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