Nanoskalowe stanowisko testowe do badania zjawisk kwantowych
Niezwykłe postępy zarówno w zakresie metod doświadczalnych, jak i teoretycznych torują drogę ku zupełnie nowemu, kwantowemu światu. W świecie tym właściwości materii nie spełniają założeń mechaniki klasycznej i niemal wszystko jest możliwe. Analiza tych oddziaływań mających miejsce na poziomie atomowym i subatomowym oraz problemów wielociałowych może jednak wymagać zbyt dużych mocy obliczeniowych. Naukowcy stworzyli eksperymentalne stanowisko testowe, symulator kwantowy, który pomaga formułować i sprawdzać hipotezy dotyczących skomplikowanych zachowań systemów kwantowych. W ramach finansowanego przez UE projektu MOQUASIMS (Memory-enabled optical quantum simulators) uczeni zbudowali także i wdrożyli system kwantowy umożliwiający przechwytywanie fotonów i przetrzymywanie ich w nieruchomych wzbudzeniach atomowych. Inaczej mówiąc, stworzyli oni podstawy dla pierwszego w historii programowalnego symulatora kwantowego, który dzięki połączeniu tych dwóch funkcji może umożliwić budowę pamięci optycznej. Stanowisko pamięci kwantowej przechowuje szerokopasmowe światło w oparach cezu w temperaturze pokojowej. Uzyskanie działania w temperaturze pokojowe to wielkie osiągnięcie w przypadku większości technologii. Wyeliminowanie konieczności chłodzenia lub nagrzewania pozwala zminimalizować złożoność urządzenia i zmaksymalizować jego efektywność. Ułatwia też późniejsze wprowadzenie takiego urządzenia na rynek dzięki niższym kosztom inwestycyjnym i prostszej obsłudze. Rozwiązania zaobserwowanych problemów z zakłóceniami pozwoliły przechowywać i odzyskiwać gigahertzowe fotony szerokopasmowe w sposób programowalnych, w środowisku o bardzo niskich zakłóceniach. W szczególności, system potrafi niezawodnie transportować pojedynczy foton w cyklu subnanosekundowym. Następnie zespół stworzył w całości optyczną zintegrowaną sieć, fotoniczny chip o dużym stopniu skomplikowania, który umożliwia symulację wielu różnych ciekawych zjawisk fizyki kwantowej. Ten uproszczony model wykorzystano już do przeprowadzenia różnych doświadczeń kwantowych, w tym symulacji analogu kwantowego systemu fotosyntezy. Krokiem końcowym będzie zintegrowanie tych dwóch modułów. System ten pozwoli na prowadzenie eksperymentów, które nie były wcześniej możliwe, a także praktyczne wykorzystanie ich w opracowywaniu bezwarunkowej bezpiecznej komunikacji, superszybkich komputerów lub bardzo precyzyjnych pomiarów. W ramach projektu MOQUASIMS powstało potężne narzędzie, które ma potencjał, by zmienić to, jak postrzegamy świat wokół nas.
Słowa kluczowe
Kwantowy, symulator kwantowy, fotony, pamięć optyczna, fizyka kwantowa
