სტენფორდის ფიზიკოსებმა ხმაში კვანტური ნახტომი პირველად დააფიქსირეს

სტენფორდის ფიზიკოსთა ჯგუფმა ხმაში კვანტური ნახტომის პირველი პირდაპირი დაკვირვება დააფიქსირა. მათ ხელთ იგდეს მომენტი, როდესაც ვიბრაციის ერთადერთი ერთეული, ფონონი, ჩიპის ზომის კრისტალურ ფირფიტაში ერთი ენერგეტიკული დონიდან მეორეზე გადავიდა. ჟურნალ Science-ში გამოქვეყნებული ეს მიგნებები ასრულებს კვლევების ხაზს, რომელიც საუკუნეზე მეტს ითვლის, და ახალ გზებს უხსნის კვანტურ გამოთვლებსა და სენსორიკას.science

საუკუნოვანი პროგნოზი, რომელიც საბოლოოდ ხმაშიც დადასტურდა

კვანტური ნახტომების, ანუ ენერგეტიკულ მდგომარეობებს შორის უეცარი, დისკრეტული გადასვლების თეორია პირველად 1900-იანი წლების დასაწყისში გაჩნდა. მეცნიერებმა მათი დემონსტრირება ხაფანგში მოქცეულ იონებში 1986 წელს, ხოლო ფოტონებში 2007 წელს შეძლეს, თუმცა ხმა აქამდე მიუწვდომელი რჩებოდა. სტენფორდის გუნდმა, გამოყენებითი ფიზიკის ასოცირებული პროფესორის, ამირ საფავი-ნაინის ხელმძღვანელობით, შექმნა მიკროსკოპული მექანიკური რეზონატორი ლითიუმის ნიობატის კრისტალისგან, რომელიც შეაწყვილეს ზეგამტარ კუბიტთან. ამ მოწყობილობას ფონონის ენერგეტიკული მდგომარეობის შემოწმება ორმილიწამიან ინტერვალში ასობითჯერ შეუძლია.humsci.stanford

„ის, რაც ამ კვლევამ აჩვენა, საშუალებას მოგვცემს წინ წავიდეთ ხმის გამოყენებით ახალი კვანტური ტექნოლოგიების განვითარებაში“, – განაცხადა საფავი-ნაინიმ. „ჩვენ დავინახეთ, რომ ვიბრირებად ობიექტებს შეუძლიათ კვანტური ქცევის გამოვლენა, რაც წინაპირობაა მრავალი იმ ოპერაციისთვის, რომლებიც კვანტური გამოთვლებისა და სენსორიკისთვისაა საჭირო“.humsci.stanford

რეზონატორი დაახლოებით 2.1 მილიწამის განმავლობაში ვიბრირებს. გუნდის აღნიშვნით, ეს საკმარისად დიდი დროა: იმავე თვისებების მქონე ჩვეულებრივი ზომის კამერტონი საათობით იზუზუნებდა. თანაავტორებმა, ტაკუმა მაკიჰარამ და ერიკ შაკიელმა, შეიმუშავეს დამზადების მეთოდი, რომელიც კრისტალის ფირფიტას ზეგამტარი წრედიდან სულ რაღაც 75 ნანომეტრის სიმაღლეზე ათავსებს. ეს საკმარისად ახლოსაა იმისთვის, რომ ფონონის მდგომარეობა მისი განადგურების გარეშე წაიკითხონ. „ჩვენ მუდმივად გვიწევდა ახალი პროცესების შემუშავება ამ უკიდურესად ხანგრძლივი სიცოცხლისუნარიანობის მქონე, ვიბრირებადი ობიექტის შესაქმნელად და შემდეგ მისი კუბიტთან, ჩვენს პატარა ელექტრულ დეტექტორთან ინტეგრირებისთვის, ისე, რომ არცერთი ქვესისტემა არ დაზიანებულიყო“, – თქვა მაკიჰარამ.earth+1

დაკვირვებიდან შეცდომების გამოსწორებამდე

პრაქტიკული მნიშვნელობა მყისიერია. კვანტური გამოთვლების ბევრ არქიტექტურაში კვანტური ნახტომი შეცდომას წარმოადგენს, რაც გამოთვლების შუაგულში ინფორმაციის გაჟონვას ნიშნავს. მსგავსი შეცდომების დაფიქსირება ამ სფეროსთვის მუდმივ დაბრკოლებას წარმოადგენდა. სტენფორდის მოწყობილობა არა მხოლოდ ამჩნევს დანაკარგს, არამედ ხელუხლებელს ტოვებს დარჩენილ კვანტურ მდგომარეობას, რაც რეალურ დროში შეცდომების გამოსწორების აუცილებელი წინაპირობაა.earth+1

გუნდი უკვე იყენებს ამ პლატფორმას გამოთვლების მიღმაც. კალტექის ფიზიკოსის, მაიკლ რუკესის ჯგუფთან თანამშრომლობით, მკვლევრები რეზონატორს უჯრედებში ცილების აღმოსაჩენად და იდენტიფიცირებისთვის იყენებენ. „ეს აჩვენებს, რომ ჩვენ შეგვიძლია ხმის წარმოუდგენლად ზუსტი კონტროლი, რაც შეიძლება ნიშნავდეს იმას, რომ მოწყობილობები, რომლებიც ხმას ფუნდამენტურ ტექნოლოგიად იყენებენ, ბევრად უკეთესი გახდება“, – თქვა შაკიელმა.humsci.stanford

შემდეგ ეტაპზე ლაბორატორია გეგმავს შექმნას მოწყობილობა საერთო კუბიტზე განთავსებული ორი რეზონატორის ფირფიტით, სადაც რომელიმე ფირფიტიდან ფონონის დაკარგვა დაფიქსირდება როგორც მონიშნული შეცდომა და არა როგორც შეუმჩნეველი დაზიანება. ეს კიდევ ერთი ნაბიჯია იმ არქიტექტურისკენ, რომელსაც შეცდომების გამოსწორება მოითხოვს.earth