הקול עובר מניפולציה לעיבוד מידע קוונטי - עולם הפיזיקה

סאונד הוא חלק מאוד מהעולם הקלאסי, המקרוסקופי - כך שבדרך כלל איננו חושבים על סאונד כעל תופעה קוונטית. עם זאת, עבור כמה מהצלילים השקטים ביותר האפשריים, מכניקת הקוונטים מתחילה לפעול. כעת, צוות חוקרים בבית הספר להנדסה מולקולרית פריצקר באוניברסיטת שיקגו ובמעבדה הלאומית Argonne של ארה"ב הראו כיצד ניתן להשתמש בסאונד ליצירת שניים באופן מהותי. השפעות קוונטיות: סופרפוזיציה והפרעות. כתוצאה מכך, טכנולוגיות מבוססות קול יוכלו לשמש בקרוב ליצירת מחשבים קוונטיים.

כשם שגלים אלקטרומגנטיים מקומתים כפוטונים דמויי חלקיקים, ניתן לכמת גלי קול כפונונים דמויי חלקיקים. עם זאת, בניגוד לפוטונים, שהם חלקיקים בסיסיים, פונונים הם עירורים קולקטיביים הכוללים מספר רב של אטומים או מולקולות. אף על פי כן, ריגושים קולקטיביים אלה מצייתים לחוקי מכניקת הקוונטים. עכשיו, של שיקגו אנדרו קללנד ועמיתיו הראו שהטבע הקוונטי של הפונונים עשוי לשמש לביצוע משימות חישוביות מורכבות.

"פונון מייצג את התנועה הקולקטיבית של מספר אסטרונומי של אטומים", אומר קללנד. "וכולם צריכים לעבוד יחד כדי לציית למכניקת הקוונטים. הייתה לי השאלה הזו בעורף, האם זה באמת יעבוד? ניסינו את זה, וזה די מדהים, אבל זה באמת עובד”.

פיצול פונון

הצוות יצר פונונים בודדים כמו חבילות גל המתפשטות על פני השטח של שבב ליתיום ניובאט. הפונונים נוצרו וזוהו באמצעות שני קיוביטים מוליכים-על, שהיו ממוקמים על שבב נפרד, וחוברו לשבב הליתיום ניובאט דרך האוויר. שני הקיוביטים המוליכים-על אותרו אחד מהשבב, כשביניהם ערוץ באורך שני מילימטרים המארח את הפונונים הנוסעים.

באמצע דרכו של הפונונים, הצוות יצר מפצל קרני, שהוא מכשיר שמפצל אלומת פונונים לשתי אלומות הנעות בשני כיוונים שונים. בגלל האופי הקוונטי של הפונונים, מפצל האלומות יכול להכניס פונון לסופרפוזיציה קוונטית של פונון שלקח נתיב אחד ופונון שלקח את הנתיב השני. הצוות הוכיח את יכולתם ליצור סופרפוזיציה כזו על ידי שליחת שני ה"חציים" חזרה דרך מפצל הקרניים והתבוננות בדפוס הפרעה.

לאחר מכן, הם הפנו את תשומת לבם לשחזור "אפקט הונג-או-מנדל", שנמצא בלב ארכיטקטורות המחשוב הקוונטי הפוטוני. בדרך כלל, זה כרוך בשליחת שני פוטונים לתוך מפצל אלומה מכיוונים מנוגדים. התאבכות קוונטית מכתיבה ששני הפוטונים תמיד יופיעו באותו כיוון ממפצל האלומות. קבוצת שיקגו הצליחה להדגים את האפקט הזה באמצעות פונונים.

כלי חדש

מחשבים קוונטיים מפותחים כיום תוך שימוש בכמה סוגים שונים של קיוביטים, כולל יונים לכודים, מעגלים מוליכים ופוטונים. שלא כמו יונים ומוליכי-על, פוטונים אינם מקיימים אינטראקציה זה עם זה - שתי אלומות אור יכולות פשוט לעבור זו בזו ללא השפעה. המשמעות היא שקשה לבצע פעולות דו-קיוביט עם פוטונים. במקום זאת, פלטפורמות פוטוניות יוצרות צבירים גדולים של פוטונים מסובכים מאוד, ומשתמשות במדידה קלאסית של חלק מאותם פוטונים כדי לבצע חישובים.

בגלל הדמיון שלהם לפוטונים, פונונים צפויים להיות מסוגלים לאותם סוגים של עיבוד מידע קוונטי כמו פוטונים, וקלילנד ועמיתיו הראו שזה צריך להיות אפשרי. עם זאת, פונונים אכן שונים מפוטונים בכמה דרכים מרכזיות. קיוביטים של פונון דורשים קירור קריוגני וסובלים משיעורי אובדן גבוהים בהרבה. אף על פי כן, פלטפורמה זו מציעה יתרון חשוב שאין למימושים פוטוניים מסורתיים: מצב הפונונים מזוהה על ידי קיוביט מוליך-על בצורה קוונטית מלאה, תוך שמירה על כל מידע הסופרפוזיציה וההסתבכות. החוקרים מקווים שזה יוכיח שימוש בפיתוח טכנולוגיות קוונטיות עתידיות.

"אנחנו מנסים לשים את זה בחוץ," אומר קלילנד, "שאתה יכול לבנות מערכת שבה אתה יכול מחשוב קוונטי בסגנון אופטי על מערכת קטנה ואתה יכול לשלב את זה ישירות עם מחשב קוונטי סטנדרטי מבוסס שערים". קללנד מסביר שזה חשוב כי לא ניתן לעשות את האינטגרציה הישירה הזו עם פוטונים.

אחרים מסכימים שיש לזה פוטנציאל. "חלק מהמשיכה של חקירת הפלטפורמות הללו עם פונונים הוא שהם יכולים לאפשר לך לבצע המרה בין מיקרוגלים לאור נראה וזה בהחלט מרגש מאוד", אומר ניקולס קסדה, שהוא מומחה למידע קוונטי פוטוני בפוליטכניק מונטריאול ומי שלא היה מעורב במחקר.

המחקר מתואר ב מדע.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/sound-is-manipulated-for-quantum-information-processing/