تحافظ الفوتونات على قوتها في أي موقف

تحافظ الفوتونات على قوتها في جميع المواقف
تحافظ الفوتونات على قوتها في جميع المواقف - يمكن أن تحتوي حلقة من الكيوبتات فائقة التوصيل على "حالات مقترنة" من فوتونات الميكروويف حيث تميل الفوتونات إلى التجمع في مناطق كيوبت مجاورة. الائتمان: جوجل الذكاء الاصطناعي الكمي

باستخدام معالج كمي ، ابتكر الباحثون فوتونات ميكروويف لزجة بشكل غير عادي. لقد أجبروا هذه الفوتونات على التجمع في حالات مرتبطة واكتشفوا أن مجموعات الفوتونات هذه تستمر عندما يُتوقع أن تتشتت إلى حالتها النموذجية الانفرادية. حقيقة أن هذا الاكتشاف تم إجراؤه لأول مرة في معالج كمي يسلط الضوء على الأهمية المتزايدة لهذه الأنظمة في دراسات ديناميكيات الكم.

نادراً ما يتفاعل الإشعاع الكهرومغناطيسي ، المعروف باسم الفوتونات ، وهو عبارة عن حزم كمومية ، مع بعضها البعض. على سبيل المثال ، تمر شعاعتان قطريتان من مصباح يدوي عبر بعضهما البعض دون أن يصاب أحد بأذى. من ناحية أخرى ، يمكن تفاعل فوتونات الميكروويف ضمن سلسلة من الكيوبتات فائقة التوصيل.

يصف باحثو Google Quantum AI كيف أنشأوا هذه الحالة النادرة في ورقتهم ، "تشكيل حالات مرتبطة بشكل مرن للفوتونات المتفاعلة" ، التي نُشرت اليوم في مجلة Nature. قام الباحثون بفحص حلقة من الكيوبتات فائقة التوصيل بسعة 24 فوتونًا من الميكروويف. يمكن أن تتحرك الفوتونات بالقفز بين المناطق المجاورة والتفاعل مع الفوتونات القريبة من خلال تطبيق بوابات كمومية على أزواج كيوبت القريبة.

من المفترض أن التفاعلات بين الفوتونات قد غيرت "طورها". يتبع تذبذب الدالة الموجية للفوتون المرحلة. تراكم الطور عندما لا تتفاعل الفوتونات ليس رائعًا بشكل خاص. مثل الكورس الذي تم التدرب عليه جيدًا ، كلهم ​​متزامنون مع بعضهم البعض. يمكن للفوتون الموجود في البداية بجوار فوتون آخر أن يبتعد عن جاره دون أن يفقد توقيته في هذا السيناريو.

يساهم كل عضو من أعضاء الجوقة في الأغنية ، وتتأثر وظيفة الموجة الإجمالية للفوتون بجميع مساراته الممكنة. ستصبح مجموعة الفوتونات التي تم جمعها سابقًا في مواقع قريبة تراكبًا لجميع المسارات المحتملة التي يمكن أن يسلكها كل فوتون.

ليس هذا هو الحال عندما تتفاعل الفوتونات مع جيرانها. يتغير معدل ترسب الطور للفوتون عندما يتحرك بعيدًا عن جاره ، مما يتسبب في فقد طور الفوتون مع جيرانه. ينتج التداخل المدمر من حقيقة أن مسارات الفصل لجميع الفوتونات تتقاطع مع بعضها البعض. يبدو كل عضو من أعضاء الكورال وكأنه يغني بوتيرته الخاصة ، مما يمحو الأغنية ويجعل من المستحيل سماعها فوق أصوات الآخرين.

من بين جميع طرق التكوين التي يمكن تصورها ، فإن السيناريو الوحيد الذي يمكن أن يوجد هو السيناريو الذي تستمر فيه جميع الفوتونات في التجمع معًا في حالة متصلة. يمكن أن يعزز الاتصال إنشاء حالة متصلة ، لأنه يمنع جميع السيناريوهات الأخرى التي لا ترتبط فيها الفوتونات ببعضها البعض.

طور الباحثون أدوات جديدة لقياس كيفية تغير طاقة الجسيمات مع الزخم من أجل إظهار بشكل قاطع أن الحالات المقيدة تتصرف بالطريقة التي تتصرف بها الجسيمات ، بكميات محددة جيدًا مثل الطاقة والزخم. من خلال دراسة كيفية تغير الارتباطات بين الفوتونات مع الوقت والمكان ، تمكنوا من إعادة بناء ما يسمى بعلاقة تشتت الطاقة والزخم ، مما يثبت الطابع الشبيه بالجسيمات للحالات المقيدة.

لم تكن الدول المرتبطة نفسها جديدة ؛ لقد تم التنبؤ بها بالفعل ومراقبتها قبل 10 سنوات في نظام يعرف باسم "النظام التكاملي" ، حيث الديناميات أقل تعقيدًا بكثير.

بعد الاندماج ، تسود الفوضى. قبل هذه التجربة ، كان من المتوقع أن تتحطم الحالات المتصلة في مواجهة الفوضى. لاختبار ذلك ، ذهب الباحثون إلى ما هو أبعد من التكامل من خلال تحويل هندسة الحلقة البسيطة إلى شبكة مترابطة أكثر تعقيدًا من الكيوبتات المترابطة. لقد صُدموا لأن المواقف المرتبطة استمرت في عمق النظام الفوضوي.

بينما لا يعرف فريق Google Quantum Artificial Intelligence مصدر الثبات غير المتوقع لهذه الحالات المتصلة ، فقد يكون مرتبطًا بظاهرة تُعرف باسم "prethermalization" ، حيث يمكن للنظام أن يؤخر مقاييس الطاقة غير المتطابقة من الوصول إلى التوازن الحراري بأسرع ما يمكن. على خلاف ذلك.

الغرض من دراسة هذا النظام هو اكتساب رؤى جديدة في ديناميكيات الكم متعددة الأجسام وتحفيز تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية لمزيد من استكشاف الفيزياء الأساسية.

المصدر: phys.org/news/2022-12-quantum-processor-reveals-bound-states

Günceleme: 07/12/2022 23:32

إعلانات مماثلة

كن أول من يعلق

Yorumunuz