Los científicos inventan la ‘flauta cuántica’ que puede hacer que las partículas de luz se muevan juntas

Físicos de la Universidad de Chicago han inventado una «flauta cuántica» que, como el flautista de Hamelín, puede hacer que las partículas de luz se muevan juntas de una forma nunca antes vista.

Descrito en dos estudios que han sido publicados Cartas de revisión física y: física de la naturalezaavance puede mostrar el camino a la realización recuerdos cuánticos o nuevas formas de corrección de errores en ordenadores cuánticos y observación de fenómenos cuánticos que no se pueden ver en la naturaleza.

Asoc. El laboratorio del profesor David Schuster está en funcionamiento bit cuántico– el equivalente cuántico de un bit de computadora que utiliza las extrañas propiedades de las partículas a nivel atómico y subatómico para hacer cosas que de otro modo serían imposibles. En este experimento trabajaron con partículas de luz en el espectro de microondas conocidas como fotones.

El sistema que crearon consiste en una cavidad larga hecha en un solo bloque de metal diseñado para atrapar fotones en frecuencias de microondas. La cavidad se crea perforando orificios de compensación similares a los orificios de flauta.

«¿Cómo? instrumento musical“Puede enviar una o más longitudes de onda de fotones a través de un objeto, y cada longitud de onda crea una ‘nota’ que puede usarse para codificar. información cuánticaLuego, los investigadores pueden monitorear las interacciones de las «notas» utilizando el bit cuántico maestro, un circuito eléctrico superconductor.

Pero su descubrimiento más extraño fue el comportamiento colectivo de los fotones.

En la naturaleza, los fotones apenas interactúan, simplemente se atraviesan entre sí. Con una preparación minuciosa, los científicos a veces pueden provocar que dos fotones reaccionen ante la presencia del otro.

«Estamos haciendo algo más raro aquí», dijo Schuster. “Al principio los fotones no interactúan en absoluto, pero ¿cuándo? energía total el sistema llega a un punto de inflexión, de repente todos están hablando entre sí».

En un experimento de laboratorio, tantos fotones «hablando» entre sí es extremadamente extraño, similar a un gato que camina sobre sus patas traseras.

«Por lo general, la mayoría de las interacciones de partículas son uno a uno: dos partículas que rebotan o se tiran entre sí», dijo Schuster. “Si agrega un tercero, generalmente continúan interactuando con uno u otro en secuencia. Pero en este sistema, todos interactúan simultáneamente».

Sus experimentos probaron hasta cinco «notas» a la vez, pero los científicos eventualmente podrían imaginarse ejecutando cientos o miles de notas a través de un solo qubit para controlarlas. Con una operación tan compleja como una computadora cuántica, los ingenieros quieren simplificar todo lo que puedan, dijo Schuster. «Si quieres construir una computadora cuántica con 1000 bits y puedes controlarlos todos con un bit, eso sería increíblemente valioso. «.

Los investigadores también están entusiasmados con el comportamiento en sí. Nadie ha observado tales interacciones en la naturaleza, por lo que los investigadores también esperan que el descubrimiento pueda ser útil para simular fenómenos físicos complejos que ni siquiera se pueden ver aquí en la Tierra, incluida quizás incluso parte de la física de los agujeros negros.

Aparte de eso, los experimentos son simplemente divertidos.

“Por lo general, las interacciones cuánticas ocurren en escalas de tiempo y longitud demasiado pequeñas o rápidas para ver. En nuestro sistema podemos medir solos fotones en cualquiera de nuestras publicaciones y vea el impacto de la interacción a medida que sucede. «Ver» una interacción cuántica con el ojo es realmente genial», dijo el investigador postdoctoral de Chicago Srivatan Chakram, el primer autor del artículo y ahora profesor asistente en la Universidad de Rutgers.