Вчені-фізики з допомогою електричних сигналів заплутали на квантовому рівні мікроскопічні циліндри
Вчені-фізики з американського Національного інституту стандартів і технологій (National Institute of Standards and Technology, NIST) в ході проведення експериментів ще раз довели, що явища, які відбуваються в квантовому світі, можуть при певних умовах проявлятися і на більш великому рівні, на рівні класичної фізики, що діє у звичному нам світі. Цим доказом послужив факт "запутвания" на квантовому рівні з допомогою особливих електричних сигналів мікроскопічних фізичних об'єктів - крихітних алюмінієвих циліндрів, які можуть стати основою квантових бітів квантових комп'ютерів, які зможуть "три рахунки" вирішувати завдання, непосильні навіть для найпотужніших сучасних суперкомп'ютерів.
Квантова заплутаність є однією з головних особливостей квантового світу, закони якого діють, принаймні так вважалося раніше, в масштабах атомів і субатомних частинок. Але в останні роки вчені все частіше і частіше натрапляють на сліди явищ з квантового світу, зокрема, квантової заплутаності, що виявляються на великих рівнях. І це, природно, викликає неабиякий інтерес, так як квантова заплутаність вже зараз використовується в практичних цілях, наприклад, для реалізації квантових обчислень, в роботі алгоритмів корекції помилок і для квантової телепортації інформації з одного місця в інше.
Вчені NIST створили перші мікроскопічні алюмінієві циліндри ще в 2011 році. Ці циліндри, мають діаметр 15 мікрон і висоту 100 нанометрів, спочатку були розраховані для того, щоб стати вузлами всіляких мікроелектромеханічних систем. Але, працюючи з такими системами, вчені помітили, що микроцилиндры демонструють два види властивостей - механічні властивості, які виражаються в здатності здійснювати коливальні рухи, і квантові властивості, що проявлялося у здатності зберігання і передачі квантової інформації з допомогою цих циліндрів.
Проводячи експерименти, вчені NIST зробили микроцилиндры частиною електромеханічної схеми, яка реалізує двосторонній обмін квантовими станами (інформацією) між вагається микроцилиндром і імпульсами мікрохвильового випромінювання особливої форми. Мікрохвильовий імпульс, який несе певну квантову інформацію, послужив причиною переходу коливного циліндра в самий низький енергетичний стан з точки зору енергії його коливань. Після цього, з допомогою електричного сигналу, пропущеного через електричні ланцюга схеми, вченим вдалося заплутати на квантовому рівні коливний циліндр з іншим імпульсом мікрохвильового випромінювання, введеним в область дії електромеханічної схеми.
Коливний циліндр здатний зберігати квантову інформацію, представлену у вигляді енергії його коливань, протягом 10 мікросекунд, чого цілком достатньо для проведення експериментів і вимірювань. Використовуючи методи, подібні описаним, методу вчені створювали досить складні квантові заплутані системи, в яких ключову роль грав алюмінієвий циліндр, пов'язаний (заплутаний) з одним або декількома імпульсами мікрохвильового випромінювання. Аналізуючи отримані в результаті 10 тисяч повторень одного і того ж експерименту дані, вчені з'ясували, що спостережувані ефекти і явища мають досить високий рівень повторюваності, що вказує на те, що всі елементи системи заплутані саме на квантовому рівні, а не обмінюються квантової або фізичної інформацією яким-небудь іншим шляхом.
Отримані вченими результати вказують на те, що алюмінієві микроцилиндры можна всерйоз розглядати в якості кандидатів на роль квантових бітів, кубітів, які є базовими осередками квантових комп'ютерів, одночасно зберігають і обробляють інформацію. Крім цього, належність мікроціліндрів відразу до квантовому і фізичного світів дозволяє використовувати їх в якості пристроїв-посередників, які виконують перетворення фізичних (електричних, світлових або механічних) сигналів у квантову інформацію і навпаки.