Kai fizikai pradeda žaisti

Straipsnyje, išspausdintame sausio 30 d. prestižinio žurnalo „Nature Physics“ numeryje, Kalifornijos universiteto tyrėjai aprašo iki šiol niekieno neišbandytą daugiarezonatorės sistemos koherentinį valdymą. Šią temą fizikai, nagrinėjantys fotonus kvantiniu mechaniniu lygiu, jau daugiau nei dešimtmetį laiko savo šventuoju graliu.

Pasak straipsnio autorių, „kriauklelių žmogus“, šiuo atveju atitinkantis tyrėją, panaudoja du superlaidžius kvantinius bitus (kubitus), kad priverstų judėti šviesos daleles, vadinamas fotonais, tarp rezonatorių. Kubitai, arba kvantinės mechanikos klasikinių bitų atitikmenys, Kalifornijos universitete tyrinėjami siekiant sukurti kvantinį superkompiuterį. Jie turi vieną iš svarbiausių sudedamųjų dalių, kuri būtina norint sužaisti kriauklelių žaidimą su fotonais.

„Tai nepaprastai svarbus etapas žengiant didelės apimties kvantinio registro sukūrimo žingsnius, – pasakoja pirmasis straipsnio autorius ir podoktorantūros stažuotojas Mateo Mariantonis (Matteo Mariantoni). – Tai bendru atveju atveria iki šiol neregėtas galimybes lustuose integruotoms mikrobangų fotonikos ir kvantinės optikos technologijoms“.

Tyrėjai pagamino lustą, kuriame susiejo tris kelių milimetrų ilgio rezonatorius su dviem kubitais. „Šiame darbe aprašyta struktūra yra labai panaši į kvantinį geležinkelį, – tęsia M. Mariantonis. – Dvi kvantinės stotys, kurias atitinka du iš trijų įmontuotų rezonatorių, yra sujungtos trečiuoju rezonatoriumi, atstojančiu kvantinę magistralę. Kubitams yra patikėta eismo kontrolė, be to, jie išmaišo fotonus tarp rezonatorių“.

Atlikdami panašų eksperimentą, tyrėjai sužaidė sudėtingesnį žaidimą, kurio atsiradimą, pasak legendos, įkvėpė senovinis matematinis galvosūkis, sukurtas Indijos šventykloje, pavadintoje Hanojaus bokštais.

Hanojaus bokštų galvosūkio esmę sudaro trys kuoliukai ir skirtingo skersmens diskų rinkinys. Visus diskus galima užmauti ant kiekvieno iš kuoliukų. Galvosūkis pradedamas, kuomet ant vieno kuoliuko yra tvarkingai sumauti visi diskai – pradedant nuo didžiausiojo apačioje ir pabaigiant mažiausiuoju viršuje. Galvosūkio tikslas yra visus diskus perkelti ant kito kuoliuko, tačiau taisyklės leidžia vienu metu perkelti tik vieną diską, be to, ant mažesnio disko negalima uždėti didesniojo.

Kvantinės mechanikos Hanojaus bokštų versijoje tris kuoliukus atitinka rezonatoriai, o diskus – skirtingos energijos šviesos kvantai. „Šis žaidimas parodo, jog tarp rezonatorių gali išsimaišyti tikras bozoninis sužadinimas – įdomus kvantinės šviesos prigimties pavyzdys“, – prideda mokslininkas.