Странные правила квантовой механики заявляют, что крошечный объект может абсорбировать энергию только в дискретных суммах или квантах, и может буквально быть в двух местах одновременно. Те сгибающие ум принципы были достаточно продемонстрированы в экспериментах с электронами, фотонами, атомами и молекулами. Как ни странно, хотя, физики никогда не наблюдали такие причудливые механические квантом результаты в движении сделанного человеком механического устройства. Теперь, Эндрю Клелэнд, Джон Мартинис, и коллеги в Калифорнийском университете, Санта-Барбара, сделал ключевой первый шаг в том направлении путем вылепления вибрационного, дайвинга подобной правлению штуковины несколько дюжин микрометров длиной и меньше чем один миллимикрон толщиной, который делает буквально малейшее движение позволенным квантовой теорией.
Странная трансгрессия могла открыть путь к новым технологиям, которые объединяют электронику, оптику и механику и могли бы даже привести к экспериментам, исследующим происхождение нашего повседневного, неквантового чувства действительности. «Это – вид результата, который создаст новую область сам по себе», говорит Джек Харрис, экспериментатор в Йельском университете. «Это, будет дверной проем — большой».
В конечном счете физики хотели бы поместить квант в механику путем создания небольших напевающих устройств, которые могли быть упрощены в квантовые состояния, в которых, например, они вибрируют приблизительно два различных положения одновременно. Но достигать той великой цели, исследователи должны сначала уговорить такой «генератор» в его более простое, наименее энергичное «стандартное состояние». Даже в том государстве, генератор не может отлично стоять на месте. Благодаря квантовой неуверенности, лишающей возможности говорить одновременно точно, где вещь и точно как быстро это перемещается, виджет должен дрожать с неустранимым движением нулевой точки и обладать сложным последним полуквантом энергии. В течение многих лет физики стремились достигнуть стандартного состояния и наблюдать эту минимальную дрожь.
Несколько лет назад много групп пытались достигнуть стандартного состояния самым прямым способом. Физики охладили бы крошечный луч полупроводника, который будет вибрировать как вереница гитары, для высасывания каждого возможного кванта энергии. Для обнаружения движения луча они применили бы напряжение между ним и параллельным электродом и контролировали бы колебание в том напряжении с помощью чрезвычайно чувствительного электрического датчика, названного единственным электронным транзистором (SET).
Этот подход столкнулся с проблемами, как бы то ни было. Энергетические кванты луча являются столь маленькими, что для удаления их всех физики должны охладить луч к почти абсолютному нулю. Исследователи могли подвезти размер квантов путем увеличения частоты луча. Но то требуемое создание более жесткого луча, который уменьшил размер его движения и делает его трудно для обнаружения. Кроме того, электроны, прыгающие через НАБОР, фактически тащили бы на луче и толкали бы его. Таким образом, в последние годы физики повернулись к более – сложные методы как лазерное охлаждение.
Клелэнд и Мартини достигли стандартного состояния путем помещения нескольких новых поворотов на старомодный подход. «Я просто сказал мне, каков технологически самый легкий способ сделать это?» Клелэнд говорит. Штуковина бригады является подобной пальцу «консолью», вибрирующей в очень высокой частоте — огромные 6 гигагерцев — и охлаждающейся к 25 millikelvin. А скорее, чем качающаяся сторона для запасного пути это получает разбавитель и более толстый. Это также состоит из так называемого пьезоэлектрического материала, генерирующего колеблющееся электрическое поле, когда это расширяется и заключает контракт, делая то движение легче обнаружить. Чтобы сделать это, Клелэнд и Мартини полагаются не на НАБОР, а на виджет, названный «кубитом фазы», полосой сверхпроводника с участком несверхпроводимости в нем, действующим немного как песчаная коса в потоке свободно плавных электронов.
Детали в стороне, кубит фазы является самостоятельно очень контролируемой механической квантом системой со стандартным состоянием и одним государством более высокой энергии. Исследователи могут упростить кубит от одного государства до другого — или даже поместить его в оба государства сразу — путем применения микроволновых печей определенной частоты. Кроме того, они могут изменить ту частоту путем наладки потока, текущего через кубит. Таким образом, Cleland и Мартини могут накормить энергетические кванты в колеблющийся луч один за другим. Они сначала помещают кубит в его энергичное государство и затем регулируют частоту кубита для соответствия тому из генератора для перетасовки кванта энергии. Они могут также управлять процессом назад для вытаскивания квантов из генератора, сообщают исследователи на этой неделе по своей природе. И бригада вытащила каждый последний для достижения стандартного состояния.
«Я сказал бы, что Эндрю и Джон достигли [стандартного состояния]», говорит Кейт Шваб, экспериментатор в Калифорнийском технологическом институте (Калифорнийский технологический институт) в Пасадене. «Мы добрались чертовски близко, но эти парни глубоки в него».
Результат открывает многочисленные возможности, говорят другие исследователи. Способность произвести квантовые состояния движения могла привести к крошечным устройствам, объединяющим квантовавшие колебания, или «фононы «, с электронными и оптическими сигналами. Они могли бы найти использование в области квантовой оптики или возможно в квантовых информационных технологиях. «У Вас есть фононы, фотоны и электроны» сотрудничество», говорит Оскар Пэйнтер, прикладные физики в Калифорнийском технологическом институте. «Это – то, куда революция собирается прибыть из».
В конечном счете, если исследователи могут поместить вибрационную машину в два, места сразу заявляют, она могла бы позволить им исследовать фундаментальный вопрос: Почему предметам повседневного пользования не нравятся пенсы, и люди ведут себя квант механически? Много физиков думают, что в принципе объекты, намного больше, чем атомы и молекулы, могли быть помещены в такое государство, если они могли бы быть ограждены от беспорядков от их окружающей среды. Другие утверждают, что некоторые пока еще неоткрытый принцип препятствуют действительно большим объектам быть в таком государстве. Физик мог бы быть в состоянии проверить эти две идеи путем попытки больших и больших объектов в два места, сразу заявляет, говорит Майлз Бленкоу, теоретик в Дартмутском колледже. «Я думаю для большого количества из нас, это – то, к чему мы стремимся». Та цель все еще далеко. Но это – длинный шаг ближе, чем это было несколько лет назад.
Для больше на гонке для достижения первой квантовой машины проверьте особенность Эдриана Чо «Квантовые Машины Faintest Thrum Heralds» в выпуске 29 января Науки.