Επιστήμονες πραγματοποιούν σημαντικό άλμα προς την κατεύθυνση ενός «τέλειου» κβαντικού μετα-υλικού [μέρος 1]

«Η πρότασή μας είναι πολύ σημαντική. Γνωρίζουμε ότι η ενίσχυση και ο υπερταχύς έλεγχος της εκπομπής ενός απλού φωτονίου βρίσκεται στη καρδιά των κβαντικών τεχνολογιών, ιδίως στην κβαντική επεξεργασία της πληροφορίας, και είναι αυτό που έχουμε καταφέρει εδώ. Προηγούμενες προτάσεις μπορούν να κάνουν το ένα ή το άλλο, αλλά όχι και τα δυο ταυτόχρονα», δήλωσε ο Xiang Zhang, διευθυντής στο τμήμα Επιστήμης των Υλικών του Εργαστηρίου Berkeley (Berkeley Lab).
Αυτό το τόσο σημαντικό είναι ότι οι επιστήμονες επινόησαν ένα τρόπο για να οικοδομήσουν ένα «κβαντικό μετα-υλικό» – ένα κατασκευασμένο υλικό με «εξωτικές» ιδιότητες που δεν συναντιούνται στη φύση – χρησιμοποιώντας υπέρψυχρα άτομα που παγιδεύτηκαν σε ένα τεχνητό κρύσταλλο που συντίθεται από φως. Η θεωρητική μελέτη των ερευνητών αποτελεί ένα βήμα προς την κατεύθυνση της διαχείρισης ατόμων για την μετάδοση πληροφορίας, την εκτέλεση πολύπλοκων προσομοιώσεων ή τη λειτουργία ως ισχυρών αισθητήρων.
Η ομάδα, με επικεφαλής ερευνητές από το Εθνικό Εργαστήριο Berkeley (Berkeley Lab) και το Πανεπιστήμιο Berkeley της Καλιφόρνιας (UC Berkeley), προτείνει τη χρήση ενός ατομικού πλαισίου ή μιας δομής «πλέγματος» σαν ακορντεόν, που φτιάχτηκε με φως λέιζερ για να παγιδεύσει άτομα σε θύλακες, τοποθετημένους σε τακτά διαστήματα σε επίπεδο νανοκλίμακας. Τέτοια δομή, με βάση το φως, η οποία έχει χαρακτηριστικά μοτίβου που κατά κάποιο τρόπο μοιάζουν με αυτά ενός κρυστάλλου, είναι ουσιαστικά μια «τέλεια» δομή, ελεύθερη από τις τυπικές ατέλειες που συναντώνται στα φυσικά υλικά.



Σε έναν τέτοιο κρύσταλλο φωτός, οι ερευνητές θεωρούν ότι μπορούν να εντοπίσουν τη θέση ενός ατόμου – το αποκαλούν άτομο «διερεύνησης» («probe» atom) – και να συντονίσουν ενεργά τη συμπεριφορά του, με ένα άλλου τύπου (κοντά στο υπέρυθρο) φως λέιζερ για να κάνουν το άτομο να αποδώσει, κατά παραγγελία, ορισμένη από την ενέργειά του στη μορφή ενός φωτονίου. Αυτό το φωτόνιο, με τη σειρά του, μπορεί να απορροφηθεί από ένα άλλο άτομο (στον ίδιο ή σε διαφορετικό θύλακα πλέγματος) σε μια απλή μορφή ανταλλαγής πληροφορίας, όπως οι προφερόμενες λέξεις ταξιδεύουν μεταξύ δυο τσίγκινων δοχείων που συνδέονται με ένα νήμα.
«Τώρα έχουμε τον έλεγχο πάνω στην ταχύτητα απελευθέρωσης ενός φωτονίου και έτσι μπορούμε οπτικά να επεξεργαστούμε πληροφορία πιο γρήγορα και αποτελεσματικά να τη μεταφέρουμε από ένα σημείο σε ένα άλλο», δήλωσε ο Pankaj K. Jha, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο UC Berkeley. Αυτή η ικανότητα να απελευθερώνεται ένα φωτόνιο με γρήγορους ρυθμούς και να μεταφέρεται από ένα σημείο σε άλλο με ελάχιστες απώλειες, είναι ένα ζωτικής σημασίας βήμα στην επεξεργασία της πληροφορίας για κβαντικούς υπολογιστές, οι οποίοι θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν μια σειρά από αυτά τα ελεγχόμενα απελευθερωμένα φωτόνια για να διενεργήσουν πολύπλοκους υπολογισμούς πάρα πολύ ταχύτερα από ότι είναι δυνατό με τους σύγχρονους υπολογιστές.
Στο δεύτερο μέρος του άρθρου θα δούμε πώς συνδέεται ο τεχνητός κρύσταλλος [που περιγράφηκε] με ένα «απόλυτα» χωρίς απώλειες και επαναδιαμορφούμενο κβαντικό μετα-υλικό.

Περισσότερα (αν βιάζεται κάποιος/α) στην εργασία: Coherence-Driven Topological Transition in Quantum Metamaterials, Phys. Rev. Lett. 116

Πηγή:http://egno.gr/