Onderzoekers van het Niels Bohr Instituut, Universiteit van Kopenhagen, hebben de coherentietijd van een eerder ontwikkeld kwantummembraan drastisch verbeterd. De verbetering zal de bruikbaarheid van het membraan voor verschillende doeleinden vergroten. Met een coherentietijd van honderd milliseconden kan het membraan bijvoorbeeld gevoelige kwantuminformatie opslaan voor verdere verwerking in een kwantumcomputer of netwerk. Het resultaat is nu gepubliceerd in Nature Communications .

De kwantumdrum is nu verbonden met een uitleeseenheid

Als eerste stap heeft het team van onderzoekers het membraan gecombineerd met een supergeleidend microgolfcircuit, dat nauwkeurige uitlezingen van het membraan mogelijk maakt. Dat wil zeggen, het is "ingeplugd" geworden, zoals vereist voor vrijwel elke toepassing. Met deze ontwikkeling kan het membraan worden verbonden met verschillende andere apparaten die kwantuminformatie verwerken of verzenden.

Het kwantumdrumsysteem afkoelen om de kwantumgrondtoestand te bereiken

Aangezien de temperatuur van de omgeving het niveau van willekeurige krachten bepaalt die het membraan verstoren, is het absoluut noodzakelijk om een ​​voldoende lage temperatuur te bereiken om te voorkomen dat de kwantumtoestand van beweging wordt weggespoeld. Dat doen de onderzoekers met een op helium gebaseerde koelkast. Met behulp van het microgolfcircuit kunnen ze vervolgens de kwantumtoestand van de membraanbeweging regelen. In hun recente werk konden de onderzoekers het membraan voorbereiden in de kwantumgrondtoestand, wat betekent dat de beweging ervan wordt gedomineerd door kwantumfluctuaties. De kwantumgrondtoestand komt overeen met een effectieve temperatuur van 0,00005 graden boven het absolute nulpunt, dat is -273,15 °C.

Toepassingen voor het ingeplugde kwantummembraan zijn talrijk

Men zou een licht aangepaste versie van dit systeem kunnen gebruiken dat krachten van zowel microgolf als optische signalen kan voelen om een ​​kwantumtransducer te bouwen van microgolf naar optica. Kwantuminformatie kan bij kamertemperatuur in optische vezels over kilometers zonder verstoringen worden getransporteerd. Aan de andere kant wordt de informatie meestal verwerkt in een koeleenheid, die voldoende lage temperaturen kan bereiken om supergeleidende circuits zoals het membraan te laten werken. Door deze twee systemen - supergeleidende schakelingen met optische vezels - te verbinden, zou dus een quantuminternet kunnen worden gebouwd:meerdere quantumcomputers die met optische vezels aan elkaar zijn gekoppeld. Geen enkele computer heeft oneindige ruimte, dus de mogelijkheid om rekencapaciteiten te distribueren naar verbonden kwantumcomputers, zou de capaciteit om gecompliceerde problemen op te lossen aanzienlijk vergroten.

Zwaartekracht - niet goed begrepen in de kwantummechanica, maar cruciaal - kan nu worden onderzocht

De rol van zwaartekracht in het kwantumregime is een nog onbeantwoorde, fundamentele vraag in de natuurkunde. Dit is nog een andere plaats waar de hoge coherentietijd van de hier getoonde membranen voor studie kan worden toegepast. Een hypothese op dit gebied is dat zwaartekracht het potentieel heeft om in de loop van de tijd bepaalde kwantumtoestanden te vernietigen. Met een apparaat zo groot als het membraan kunnen dergelijke hypothesen in de toekomst worden getest. + Verder verkennen

Het manipuleren van de donkere toestanden van supergeleidende circuits in een microgolfgolfgeleider