Als bewegende objecten zijn als regenwater dat door een goot stroomt en in een plas terechtkomt, dan zijn bewegende kwantumobjecten als regenwater dat in een hoop plassen kan belanden, alles in een keer. Uitzoeken waar kwantumobjecten eigenlijk heen gaan, frustreert wetenschappers al jaren.

Nu heeft een door Yale geleide groep onderzoekers een formule afgeleid om te begrijpen waar kwantumobjecten landen wanneer ze worden verzonden. Het is een ontwikkeling die inzicht biedt voor het aansturen van open kwantumsystemen in uiteenlopende situaties.

"De formule die we afleiden blijkt erg handig te zijn bij het bedienen van een kwantumcomputer, " zei Victor Albert, eerste auteur van een studie gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling X . "Ons resultaat zegt dat, in principe, we kunnen 'regengoten' en 'poorten' ontwerpen in een systeem om kwantumobjecten te manipuleren, hetzij nadat ze zijn geland of tijdens hun feitelijke stroom."

In dit geval, de goten en poorten vertegenwoordigen het idee van dissipatie, een proces dat meestal destructief is voor fragiele kwantumeigenschappen, maar dat kan soms worden ontworpen om die eigenschappen te beheersen en te beschermen.

De hoofdonderzoeker van het onderzoek is Liang Jiang, assistent-professor toegepaste natuurkunde en natuurkunde aan de Yale.

Het is een fundamenteel natuurprincipe dat objecten zullen bewegen totdat ze een toestand van minimale energie bereiken, of aarding. Maar in kwantumsystemen, er kunnen meerdere aardingen zijn omdat kwantumsystemen tegelijkertijd in meerdere toestanden kunnen bestaan ​​- wat bekend staat als superpositie.

Dat is waar de goten en poorten binnenkomen. Jiang, Albert, en hun collega's gebruikten deze mechanismen om de waarschijnlijkheid te formuleren dat kwantumobjecten op de ene of de andere plek landen. De formule toonde ook aan dat er één situatie was waarin superpositie nooit kan worden volgehouden:wanneer een kwantum "druppel" in superpositie al in één "plas" is beland, maar is nog niet bij de andere "plas" aangekomen.

"Met andere woorden, zo'n superpositietoestand verliest altijd een deel van zijn kwantumeigenschappen omdat de 'druppel' volledig in beide plassen stroomt, "Albert zei. "Dit is in sommige opzichten een negatief resultaat, maar het is een beetje verrassend dat het altijd standhoudt."

Beide aspecten van de formule zullen nuttig zijn bij het bouwen van kwantumcomputers, merkte Albert op. Aangezien de onderzoeksgemeenschap technologische platforms blijft ontwikkelen die dergelijke systemen kunnen ondersteunen, Albert zei, het zal moeten weten "wat wel en niet mogelijk is".