Google Quantum AI Mengungkap Keadaan Terikat Foton Tetap Kuat Bahkan di Tengah Kekacauan

image featured from : unsplash.com

Dengan menggunakan prosesor kuantum, para peneliti membuat foton gelombang mikro sangat lengket. Setelah membujuk mereka untuk menggumpal menjadi keadaan terikat, mereka menemukan bahwa gugus foton ini bertahan dalam rezim di mana mereka diharapkan larut ke dalam keadaan soliter mereka yang biasa. Karena temuan ini pertama kali dibuat pada prosesor kuantum, ini menandai semakin besarnya peran platform ini dalam mempelajari dinamika kuantum.

Foton – paket kuantum radiasi elektromagnetik seperti cahaya atau gelombang mikro – biasanya tidak berinteraksi satu sama lain. Misalnya, dua sinar lampu senter bersilangan melewati satu sama lain tanpa gangguan. Namun, foton gelombang mikro dapat dibuat untuk berinteraksi dalam susunan qubit superkonduktor.

Para peneliti di Google Quantum AI menjelaskan bagaimana mereka merekayasa situasi yang tidak biasa ini dalam “Pembentukan keadaan terikat yang kuat dari foton yang berinteraksi”, yang diterbitkan pada 7 Desember di jurnal Nature. Mereka menyelidiki cincin 24 qubit superkonduktor yang dapat menampung foton gelombang mikro. Dengan menerapkan gerbang kuantum ke pasangan qubit yang bertetangga, foton dapat berkeliling dengan melompat di antara situs yang bertetangga dan berinteraksi dengan foton terdekat.

Interaksi antara foton memengaruhi apa yang disebut “fase” mereka. Fase melacak osilasi fungsi gelombang foton. Ketika foton tidak berinteraksi, akumulasi fase mereka agak tidak menarik. Seperti paduan suara yang terlatih dengan baik, semuanya selaras satu sama lain. Dalam hal ini, foton yang awalnya bersebelahan dengan foton lain dapat melompat menjauh dari tetangganya tanpa keluar dari sinkronisasi. Sama seperti setiap orang dalam paduan suara berkontribusi pada lagu, setiap jalur yang memungkinkan foton dapat berkontribusi pada keseluruhan fungsi gelombang foton. Sekelompok foton yang awalnya berkerumun di situs tetangga akan berevolusi menjadi superposisi dari semua jalur yang mungkin diambil setiap foton.

Ketika foton berinteraksi dengan tetangganya, hal ini tidak lagi terjadi. Jika satu foton melompat menjauh dari tetangganya, laju akumulasi fasanya berubah, menjadi tidak sinkron dengan tetangganya. Semua jalur di mana foton terbelah saling tumpang tindih, menyebabkan interferensi destruktif. Ini akan seperti setiap anggota paduan suara bernyanyi dengan kecepatan mereka sendiri – lagu itu sendiri hilang, menjadi tidak mungkin untuk dibedakan melalui hiruk pikuk penyanyi individu. Di antara semua jalur konfigurasi yang mungkin, satu-satunya skenario yang bertahan adalah konfigurasi di mana semua foton tetap terkelompok bersama dalam keadaan terikat. Inilah mengapa interaksi dapat meningkatkan dan mengarah pada pembentukan keadaan terikat: dengan menekan semua kemungkinan lain di mana foton tidak terikat bersama.

Untuk benar-benar menunjukkan bahwa keadaan terikat memang berperilaku seperti partikel, dengan besaran yang terdefinisi dengan baik seperti energi dan momentum, para peneliti mengembangkan teknik baru untuk mengukur bagaimana energi partikel berubah dengan momentum. Dengan menganalisis bagaimana korelasi antara foton bervariasi dengan waktu dan ruang, mereka mampu merekonstruksi apa yang disebut “hubungan dispersi energi-momentum,” yang menegaskan sifat seperti partikel dari keadaan terikat.

Keberadaan negara-negara terikat itu sendiri bukanlah hal baru — dalam sebuah rezim yang disebut “rezim yang dapat diintegrasikan”, di mana dinamikanya jauh lebih rumit, negara-negara terikat telah diprediksi dan diamati sepuluh tahun yang lalu. Tapi di luar integrasi, kekacauan berkuasa. Sebelum percobaan ini, diasumsikan secara masuk akal bahwa keadaan terikat akan runtuh di tengah kekacauan. Untuk menguji ini, para peneliti mendorong melampaui integrasi dengan menyesuaikan geometri cincin sederhana ke jaringan qubit terhubung berbentuk roda gigi yang lebih kompleks. Mereka terkejut menemukan bahwa negara-negara terikat tetap bertahan hingga rezim yang kacau balau.

Tim di Google Quantum AI masih tidak yakin dari mana keadaan terikat ini memperoleh ketahanan tak terduga mereka, tetapi itu mungkin ada hubungannya dengan fenomena yang disebut “pratermalisasi”, di mana skala energi yang tidak kompatibel dalam sistem dapat mencegah sistem mencapai kesetimbangan termal dengan cepat. seperti sebaliknya.

Para peneliti mengantisipasi bahwa mempelajari sistem ini akan memberikan wawasan baru ke dalam dinamika kuantum banyak benda dan menginspirasi lebih banyak penemuan fisika fundamental menggunakan prosesor kuantum.

Milano – UKDW 2018