Staroveký namíbijský kameň mohol skrývať kľúč k odomknutiu kvantových počítačov

Kryštál oxidu meďného. (Univerzita St Andrews)

Jeden zo spôsobov, ako môžeme naplno využiť potenciál kvantové počítače je založený na svetle aj hmote – takto možno informácie uchovávať a spracovávať, ale aj cestovať rýchlosťou svetla.

Vedci práve urobili krok bližšie k tomuto cieľu, keď úspešne vyrobili najväčšie hybridné častice svetla a hmoty, aké boli kedy vytvorené.

Títo kvázičastice , známe ako Rydbergove polaritóny, boli vyrobené pomocou kusu kameňa obsahujúceho oxid meďný (CudvaO) kryštály zo starovekého ložiska v Namíbii, jednom z mála miest na svete, kde bol oxid meďný nájdené v kvalite drahokamov .



Kryštál získaný z kameňa bol vyleštený a stenčený na menej ako šírku ľudského vlasu a vložený medzi dve zrkadlá, aby zachytil svetlo, výsledkom čoho sú Rydbergove polaritóny 100-krát väčšie, než aké boli predtým videné.

Tento úspech nás približuje k vytvoreniu kvantového simulátora, ktorý dokáže spustiť tieto Rydbergove polaritóny pomocou kvantových bitov alebo qubitov na ukladanie informácií v 0s, 1s a viacerých hodnotách medzi nimi – namiesto iba 1s a 0s klasických výpočtových bitov.

(Univerzita St Andrews)

„Vytvoriť kvantový simulátor so svetlom je svätým grálom vedy,“ hovorí fyzik Hamid Ohadi , z University of St Andrews vo Veľkej Británii.

'Urobili sme k tomu obrovský skok vytvorením Rydbergových polaritónov, kľúčovej zložky.'

Rydbergove polaritóny sú také výnimočné, že neustále prechádzajú zo svetla na hmotu a späť. Výskumníci porovnávajú svetlo a hmotu s dvoma stranami tej istej mince a je to tá hmotná strana, kde môžu polaritóny navzájom interagovať.

To je dôležité, pretože častice svetla sa pohybujú rýchlo, ale navzájom neinteragujú. Hmota je pomalšia, ale je schopná vzájomnej interakcie. Spojenie týchto dvoch schopností by mohlo pomôcť odomknúť potenciál kvantových počítačov.

Táto flexibilita je pri riadení kľúčová koľko stojíš ktoré zostávajú nedefinované, kým nie sú pozorované. Plne funkčný rovnako ako počítač postavená na tejto technológii je stále trochu vzdialená, ale teraz sme bližšie ako kedykoľvek predtým k tomu, aby sme mohli dať jednu dohromady.

Rydbergove polaritóny sa tvoria väzbou excitóny a fotóny . To je miesto, kde prišiel staroveký drahokam z Namíbie: Oxid meďný je užitočný a lacný polovodič - a predchádzajúci výskum ukázal, že obsahoval obrovské Rydbergove excitóny.

Excitóny sú elektricky neutrálne kvázičastice, ktoré môžu byť za správnych podmienok prinútené spojiť sa so svetelnými časticami. Tieto veľké excitóny nachádzajúce sa v oxide meďnom sa dokážu spojiť s fotónmi v rámci špeciálnej zostavy známej ako Fabryho-Pérotova mikrodutina – v podstate zrkadlový sendvič.

To bol kľúčový prvok pri vytváraní väčších polaritónov Rydberg.

„Nákup kameňa na eBayi bol jednoduchý,“ hovorí fyzik Sai Kiran Rajendran , z University of St Andrews. 'Výzvou bolo vyrobiť Rydbergove polaritóny, ktoré existujú v extrémne úzkom rozsahu farieb.'

Akonáhle bude možné poskladať plne schopné kvantové počítače – možno pomocou týchto Rydbergových polaritónov – exponenciálne vylepšenia výpočtového výkonu im umožnia zvládnuť nesmierne zložité výpočty nad rámec počítačov, ktoré máme dnes.

Príklady predložené výskumníkmi zahŕňajú vývoj vysokoteplotných supravodivých materiálov a pochopenie toho, ako sa proteíny skladajú (potenciálne zvyšujú našu schopnosť produkovať liečbu liekmi).

Metódy načrtnuté v novom výskume sa budú musieť ďalej zdokonaľovať, aby sa tieto častice mohli používať v kvantových obvodoch, ale základy sú teraz k dispozícii - a tím si myslí, že ich výsledky možno v budúcnosti zlepšiť.

„Tieto výsledky pripravujú cestu k realizácii silne interagujúcich excitónov-polaritónov a skúmaniu silne korelovaných fáz hmoty pomocou svetla na čipe,“ píšu vedci vo svojom papier .

Výskum bol publikovaný v r Prírodné materiály .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.