«Только совсем недавно люди смогли с высокой степенью надежности манипулировать отдельными атомами, молекулами и электронами», — сказал Томас Буш, автор и руководитель отдела квантовых систем OIST. «Теперь мы хотим иметь возможность делать это с двумя частицами. Звучит банально, но это не так».
Волнообразные частицы, рассматриваемые Отделом квантовых систем, содержатся в ловушках, которые можно создавать с помощью света или магнитных полей. Чтобы переместить частицу из одной ловушки в другую, ловушки необходимо приблизить друг к другу, чтобы сделать стенки между ними тоньше.
Когда это происходит, возникает явление, называемое туннелированием, позволяющее частице перемещаться через стенки и от одной ловушки к другой. Однако это не происходит сразу, и частица может начать туннелировать вперед и назад, что очень затрудняет протекание всей частицы через стенку в другую ловушку. Физики обнаружили, что при использовании двух дополнительных ловушек справа от ловушки, содержащей частицу, и перемещении самой дальней правой ловушки ближе к средней ловушке, а затем самой дальней левой ловушки также ближе к средней ловушке, отдельная частица может быть полностью перенесена в крайняя правая ловушка с очень высокой надежностью.Хотя этот процесс идеально работает для одной частицы, становится экспоненциально сложнее попытаться сделать это для двух частиц, потому что частицы взаимодействуют и отталкиваются друг от друга.
«Чем больше у вас частиц, тем сложнее ими управлять», — сказал Буш. «1 + 1 — это не просто 2, вы получаете намного больше. Вам также необходимо контролировать взаимодействие».
Несмотря на возросшую сложность, исследователи обнаружили, что при большом диапазоне взаимодействий обе частицы одновременно переносились в другую ловушку, используя тот же метод, что и описанный выше.«Удивительно, что этот нелогичный метод работает для многих частиц одновременно», — сказал Альберт Бенсени, первый автор и постдокторант OIST. «Можно подумать, что, поскольку частицы отталкиваются друг от друга, они не захотят оставаться вместе, но мы видим здесь то, что они могут перемещаться через ловушки, потому что в какой-то момент они начинают действовать так, как будто они представляют собой одну молекулу. двух частиц и туннель вместе.
С этого момента 1 + 1 равно 2 ".Важно найти области взаимодействия, в которых этот процесс работает для одного и того же устройства, поскольку это гарантирует, что процесс будет работать идеально каждый раз. Такая надежность — необходимое условие для развития квантовых технологий.«В квантовых вычислениях вам нужны процессы, которые работают с уверенностью 99,99%», — сказал Буш. «И такие методы работают со 100-процентной надежностью каждый раз».
В настоящее время команда работает над ускорением этого процесса, используя его для создания интересных квантовых состояний и находит способы манипулировать еще большим количеством частиц за раз.«Это один шаг к исследованию новой физики, которая появляется, когда квантовые состояния имеют более чем физику одной частицы», — сказал Буш. «Этот метод позволяет нам строить квантовые машины снизу вверх, зная, что мы получаем именно то, что хотим».