Научный подход автор: shotlandec | 15-12-2008, 00:46

Квантовый барабан застучал в такт с кубитом

2

В странном мире квантовой механики допускается, что крошечный объект может быть в двух местах одновременно. За век, прошедший с момента зарождения этой науки, квантовые эффекты наблюдали на примере электронов, фотонов, атомов и молекул. Однако для рукотворных механических объектов достоверных примеров учёные не получали – до сегодняшнего дня.Квантовая механика утверждает, что наблюдаемая частица может находиться только в дискретных состояниях — то есть измерение спина даст только «вверх» или только «вниз». Ещё в 1930-х годах Эрвин Шрёдингер на своём знаменитом примере с живым-мёртвым котом объяснял, что до измерения частица находится во всех возможных состояниях одновременно и только в момент наблюдения коллапсирует к одному из них. Хотя это явление – квантовая суперпозиция – изначально относится только к микромиру, учёных всегда чрезвычайно занимал вопрос, что получится, если попробовать создать суперпозицию квантовых состояний для макрообъекта.
Квантовый барабан застучал в такт с кубитом

Статья американских исследователей опубликована в новом номере Nature. В центре – аспирант Аарон О`Коннелл (Aaron O`Connell), слева – Эндрю Клиланд (Andrew Cleland), справа – Джон Мартинис (John Martinis). Последний, кстати, нам уже знаком по опыту со сверхпроводящей электрической цепью, продемонстрировавшей квантовое поведение (фото George Foulsham).
Авторы нового исследования, инженеры из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB), продемонстрировали изготовленный ими механический резонатор-осциллятор длиной 20 микрометров, который в ходе опыта был доведён до так называемого основного состояния (ground state). Это минимальный уровень колебаний, допустимый квантовыми законами: «так близко, как это возможно к полной неподвижности». Далее, как сообщается в пресс-релизе, резонатор был соединён со сверхпроводящим кубитом, после чего всю систему охладили до температуры, близкой к абсолютному нулю.
Квантовый барабан застучал в такт с кубитом

Состоящий из так называемого пьезоэлектрического материала «квантовый барабан» (выделен красным пунктиром) создаёт переменное электрическое поле, сжатие и расширение которого облегчает детекцию (иллюстрация O’Connell et al., Nature).
После охлаждения, используя кубит как «квантовый термометр», исследователи показали — механический резонатор не имеет никаких дополнительных колебаний, иными словами, было достигнуто искомое «основное состояние». Войдя в него, резонатор, хотя и продолжал относиться к миру макрообъектов, начал демонстрировать вполне квантовое поведение. Инженерам посчастливилось наблюдать, как механический резонатор и кубит обмениваются фононом (квантом колебательного движения), демонстрируя квантовую сцепленность.
Квантовый барабан застучал в такт с кубитом

Схема взаимодействия резонатора и кубита. Пока последний находился в исходном состоянии, к резонатору прикладывались 5-наносекундные импульсы различной амплитуды. Резонатор становится «передатчиком», с которым кубит взаимодействовал в течение времени τ. Далее учёные измерили зависимость вероятности перехода кубита в возбуждённое состояние (цветная шкала) от амплитуды механических колебаний (отмерена по вертикали в условных единицах) и времени взаимодействия (по горизонтали, наносекунды) (иллюстрация O’Connell et al., Nature).
Затем учёным успешно удалось ввести механический резонатор в состояние квантовой суперпозиции, в которой он одновременно был нулём (не колебался) и единицей (то есть вибрировал). А это — энергетический эквивалент нахождения объекта в двух местах одновременно. Наблюдать колебания «квантового барабана», по словам учёных, можно в обычный электронный микроскоп.Мы и раньше подробно рассказывали об исследованиях, где размывалась граница между классической и квантовой физикой: например, можно вспомнить, как законам последней подчиняются сверхгигантские океанские волны и как в эксперименте исчезло третье измерение.
Квантовый барабан застучал в такт с кубитом

Профессор Клиланд дал специальный комментарий по поводу всеми любимого и давно ставшего культурным мемом кота Шрёдингера: нынешний эксперимент, к сожалению, никак не доказывает возможность осуществления опыта с котом в реальности, по той простой причине, что в отличие от механического резонатора кот сам является «измерительным прибором» и влияет на ход эксперимента.Это не мешает, впрочем, отдельным учёным фантазировать на тему создания квантовой суперпозиции для существ, чья «живость» весьма сомнительна – читайте, к примеру, о вирусе Шрёдингера (фото с сайта thenerdiestshirts.com).
Занятно, что только в январе этого года в Science появилась статья Эдриана Чо (Adrian Cho) из Массачусетского технологического института (MIT). В материале, посвящённом миниатюрным квантовым механизмам, автор отмечал значительный прогресс в этой области и предсказывал, что в течение года с «основным состоянием» будут успешно работать уже полдюжины исследовательских групп. Первую ласточку в виде «квантового барабана» мы теперь и наблюдаем.

3

Читайте так же:

10  

Статьи раздела Научный подход

Произведена масштабная квантовая телепортация

Произведена масштабная квантовая телепортацияЭксперимент по передаче квантового состояния фотонов в свободном пространстве на расстояние 16 километров успешно провели физики из научно-технического университета Китая (USTC) и университета Цинхуа (Tsinghua).

Физики запутали четыре квантовые ячейки памяти

Физики запутали четыре квантовые ячейки памятиСцепленное состояние сразу для четырёх групп атомов, разнесённых в пространстве, удалось организовать исследователям из Калифорнийского технологического института (Caltech).

Открыты квантово-механические фокусы фотосинтеза

Открыты квантово-механические фокусы фотосинтезаКвантовую механику в действии обнаружили внутри клеток морских водорослей Грегори Шолс (Gregory Scholes) и его коллеги из университета Торонто. Примечательно, что эффективное перенаправление энергии происходило в процессе фотосинтеза и при нормальной температуре.

Два фотона впервые отправились на квантовую прогулку

Два фотона впервые отправились на квантовую прогулкуНесколько дней назад команда учёных из Великобритании, Японии, Израиля и Нидерландов провела опыт со специфическим поведением пары фотонов, которое ранее лишь предсказывалось теорией. Прорыв в фотонике обещает открыть новое направление в квантовых компьютерах, которые могли бы выполнять моделирование очень сложных биологических, химических и физических систем.

Построен генератор действительно случайных чисел

Построен генератор действительно случайных чиселУчёные из университета Мэрилэнда (UMD) и испанского института фотонных наук (ICFO) разработали и испытали метод генерации совершенно случайных чисел, основанный на квантовых измерениях.

 (голосов: 0)

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.

Это интересно
.
Последние новости

Уход за старой кошкой

Хозяева зачастую, в суете дней не улавливают того момента когда их кошка стареет и нуждается в большем уходе. Внешне поведение может совсем не измениться, но звоночком может послужить изменение его поведения: апатия, потеря аппетита, увеличение продолжительности сна.


Алхимия: из низшего в высшее

Некоторые ученые полагают, что само понятие «алхимия» ведет свою историю от греческого термина «хио», которое означает «изливать» или «лить металл», поскольку очень многое в алхимии связано с металлами, разнообразными способами их получения и обработки.


Кольцо в небе над Венесуэллой

Необычное явление наблюдалось 21 июня 2003 г. в 20 километрах к западу от Каракаса. В 6 часов вечера люди заметили в небе странное плотное облако, по форме отдаленно напоминающее чечевицу.


Кресло исполняет желания

Есть на планете места, где удивительным образом тайное становится явным, а мечты вдруг приобретают вполне осязаемые реальные черты.


Призрак короля

Невероятно таинственная история случилась в 1792 г. В период французского революционного переворота. Таинственный призрак, повлиявший на течение исторических событий, предотвратил назревавшее кровопролитие между французами и австрийско-прусской империей.


Человек произошел от скрещивания шимпанзе со свиньей

Даже по сей день диспуты о происхождении человека не утихают, а становятся все горячее. Генетик из Америки выдвинул новую гипотезу о происхождении человека. Разработал он ее в университете Джорджии со своими коллегами.


Город оплавленных камней

Прибрежные равнины Перу, окруженные высокогорьем Анд считаются самой протяженной горной цепью, которую называют остовом Южного континента Америки. Здесь в нагорной долине, окруженной неприступными скалами, зарождающяяся империя кечуа, заложила основу своего государства Куско.


Загадочные двойники
Американец Адриан Браун работает шофером в частной охранной фирме. Каждую ночь объезжает объекты строго по установленному маршруту.


Человек по своей природе крайне суеверный, оттуда и берутся многочисленные приметы и разные народные суеверия. Этих суеверий великое множество. Так одни из самых распространённых имеют тематику «потерял- нашел». 


Женское имя - Лариса. Тайна имени
Лариса - имя, имеющее латинские корни. В переводе означает «чайка». Как вольная птица, Лариса все старается взмыть повыше в небо, то и дело подвергая сомнению законы гравитации.


Мужское имя - Геннадий. Тайна имени
Геннадий (в буквальном переводе означает «родовитый») - имя имеющее древнегреческие корни. И действительно, Геннадии часто находятся под гнетом своей родословной. 


Космический телескоп Хаббла.

Прошедшее столетие далеко продвинуло человеческие познания в сфере исследования нашей Вселенной. Было сделано множество открытий с помощью сложных оптических телескопов, расположенных в высокогорных исследовательских обсерваториях.



Титан – металл для освоения космических пространств.

Бездна космических глубин начинается сразу же за тонкой оболочкой земной атмосферы. Наша Солнечная система выглядит совсем небольшой на фоне этой абсолютной пустоты.



Самая маленькая птица на Земле.
Радужная птичка колибри является самой маленькой птицей на Земле. Это прекрасное творение природы обитает на просторах Американского континента от Аляски до Огненной Земли. 


Интересные факты про насекомых.
Одним из самых необычных фактов о насекомых является то, что в отличие от людей, они не испытывают боли. Боль – это неприятное телесное и эмоциональное ощущение, которое связано с реальным или возможным повреждением тканей организма.

Популярные новости