Interaksi Antara kuat Ultra-Light dan Realisasi Cetakan: Satu Langkah Lagi di Jalur untuk Quantum Komputer

Peneliti di seluruh dunia bekerja pada pengembangan komputer kuantum yang akan jauh lebih unggul untuk saat ini komputer. The kopling kuat dari bit kuantum dengan kuanta cahaya memainkan peran penting. Profesor Rudolf Gross, seorang ahli fisika di Technische Universitaet Muenchen (Tum), dan tim peneliti telah menyadari interaksi yang sangat kuat antara cahaya dan materi yang mungkin merupakan langkah pertama dalam arah ini.

Hasil penelitian tersebut disajikan dalam edisi online saat ini jurnal Alam Fisika.
Interaksi antara materi dan cahaya merupakan salah satu proses yang paling fundamental dalam fisika. Apakah mobil yang memanas seperti oven di musim panas karena penyerapan kuanta cahaya atau sel surya yang ekstrak listrik dari cahaya atau memancarkan cahaya-dioda yang mengubah listrik menjadi cahaya, kita menemukan efek dari proses-proses sepanjang hidup kita sehari-hari. Memahami interaksi antara individu partikel cahaya - foton - dan atom adalah penting untuk pengembangan sebuah komputer kuantum.
Fisikawan dari Technische Universitaet Muenchen (Tum), yang Walther-Meissner-Lembaga Penelitian Suhu rendah dari Bavarian Academy of Sciences (WMI) dan Universitas Augsburg sekarang, bekerja sama dengan mitra dari Spanyol, menyadari ultrastrong interaksi antara foton microwave dan atom dari sirkuit nano-terstruktur. Interaksi sadari adalah sepuluh kali lebih kuat dari tingkat sebelumnya dicapai untuk sistem tersebut.
Sistem yang paling sederhana untuk menyelidiki interaksi antara cahaya dan materi adalah resonator rongga yang disebut dengan tepat satu partikel cahaya dan satu atom ditangkap dalam (rongga elektrodinamika kuantum, rongga QED). Namun sejak interaksi sangat lemah, eksperimen ini sangat rumit. Sebuah interaksi yang lebih kuat dapat diperoleh dengan sirkuit nano-terstruktur di mana logam seperti aluminium menjadi superkonduktor pada suhu di atas nol absolut (sirkuit QED). Dikonfigurasi dengan benar, miliaran atom dalam konduktor tebal hanya nanometer berperilaku seperti sebuah atom buatan tunggal dan mematuhi hukum mekanika kuantum. Dalam kasus yang paling sederhana, diperoleh sistem dengan dua keadaan energi, sedikit kuantum yang disebut atau qubit.
Kopling jenis sistem dengan resonator microwave telah membuka sebuah domain penelitian baru yang berkembang pesat di mana Fisika Tum, yang WMI dan cluster keunggulan Nanosystems Initiative Munich (NIM) yang memimpin lapangan. Berbeda dengan sistem rongga QED, para peneliti dapat menyesuaikan kebiasaan sirkuit di banyak daerah.
Untuk memudahkan pengukuran, Profesor Bruto dan timnya menangkap foton dalam kotak khusus, sebuah resonator. Ini terdiri dari niobium superkonduksi melakukan jalan yang dikonfigurasi dengan sangat reflektif "mirror" untuk gelombang mikro pada kedua ujungnya. Dalam resonator ini, atom buatan yang terbuat dari rangkaian aluminium diposisikan secara optimal sehingga dapat berinteraksi dengan foton. Para peneliti mencapai interaksi ultrastrong dengan menambahkan komponen lain ke dalam sirkuit superkonduktor mereka, sebuah persimpangan Josephson disebut.
Kekuatan interaksi diukur adalah hingga dua belas persen dari frekuensi resonator. Hal ini sepuluh kali lebih kuat daripada efek sebelumnya dapat diukur dalam rangkaian QED sistem dan ribuan kali lebih kuat dari dalam rongga resonator benar. Namun, keberhasilan mereka bersama dengan para peneliti juga menciptakan masalah baru: Sampai sekarang, teori Jaynes-Cummings dikembangkan pada tahun 1963 berhasil menjelaskan semua efek yang diamati dengan sangat baik. Namun, itu tampaknya tidak berlaku untuk domain dari ultrastrong interaksi. "Ekspresi spektrum seperti dari jenis objek benar-benar baru," kata Profesor Bruto. "Kopling itu begitu kuat bahwa pasangan foton atom-harus dilihat sebagai sebuah unit baru, semacam molekul yang terdiri dari satu atom dan satu foton.
Eksperimental dan fisikawan teoritis akan perlu waktu untuk memeriksa ini lebih dekat. Namun, terobosan eksperimental baru ke domain ini sudah menyediakan peneliti dengan seluruh array pilihan eksperimental baru. Manipulasi ditargetkan pasangan atom-foton seperti bisa memegang kunci dalam proses informasi quanta berbasis komputer kuantum yang disebut bahwa akan jauh lebih unggul untuk komputer saat ini.
Penelitian ini didanai oleh Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) (Cluster of Excellence Initiative Nanosystems Munich dan SFB 631), Komunitas Eropa (EuroSQIP, SOLID), serta Menteri Spanyol untuk Ilmu Pengetahuan dan Inovasi.