Οι φυσικοί μετατρέπουν την κίνηση των ατόμων από πρόβλημα σε πολύτιμη πηγή ενέργειας – Το μυστικό όπλο που αλλάζει τα δεδομένα

Στις τεχνολογίες κβαντικών υπολογιστών που βασίζονται σε άτομα, η κίνηση των ατόμων θεωρείται συνήθως πρόβλημα. Ακόμα και η παραμικρή δόνηση ή ταλάντωση των ατόμων μπορεί να διαταράξει την ευαίσθητη κβαντική πληροφορία που αποθηκεύεται στα εσωτερικά τους χαρακτηριστικά, όπως η ηλεκτρονική ή πυρηνική τους περιστροφή.

Ωστόσο, ερευνητές από το Caltech, με επικεφαλής τον Manuel Endres, ανακάλυψαν έναν τρόπο να χρησιμοποιήσουν αυτήν την κίνηση προς όφελος τους. Μέσω μιας τεχνικής που ονομάζεται erasure correction cooling (ECC), κατάφεραν να ανιχνεύσουν και να διορθώσουν τα σφάλματα που προκαλεί η κίνηση, χωρίς να επηρεάσουν τα άτομα που ήδη βρίσκονται στην ιδανική κατάσταση ηρεμίας (το αποκαλούμενο «κατώτατο κινητικό επίπεδο»).

Με άλλα λόγια, αντί να παλεύουν με την κίνηση, την έκαναν εργαλείο:

• Μετά από μια πρώτη ψύξη (Sisyphus cooling), η ECC χρησιμοποιεί τη σύνδεση ανάμεσα στην κίνηση του ατόμου και την εσωτερική του περιστροφή, για να «φωτίσει» μόνο τα άτομα που έχουν ακόμα κινητική ενέργεια (τα «ζεστά»), χωρίς να ενοχλεί τα «κρύα» που είναι ήδη στην ιδανική κατάσταση.
• Τα ζεστά άτομα είτε ξαναψύχονται, είτε αντικαθίστανται από κρύα, αυξάνοντας την αναλογία των ατόμων σε κατώτατο κινητικό επίπεδο από 77% (με την παλιά μέθοδο) σε πάνω από 98% και μέχρι 99.5% αν επιλεγούν μόνο τα «άψογα» άτομα.

Σημασία για την κβαντική τεχνολογία

• Με αυτήν τη μέθοδο, τα άτομα γίνονται πιο σταθερά και ακριβή για χρήση σε κβαντικούς υπολογιστές και συσκευές, αφού η κίνηση που συνήθως ήταν πρόβλημα τώρα ελέγχεται με ακρίβεια.
• Οι ερευνητές μπόρεσαν να δημιουργήσουν κινητικά qubits (μοναδες κβαντικής πληροφορίας) όπου η κίνηση του ατόμου βρίσκεται σε υπέρθεση, δηλαδή σε δύο καταστάσεις ταυτόχρονα – κάτι που είναι πιο ανθεκτικό σε θόρυβο από τις συνηθισμένες ηλεκτρονικές υπέρθετες καταστάσεις.
• Επίσης, έκαναν «υπερ-συμπλοκή» (hyperentanglement), δηλαδή σύνδεση ταυτόχρονα των εσωτερικών και εξωτερικών καταστάσεων των ατόμων (κίνηση + περιστροφή), δημιουργώντας πιο πολύπλοκα και ευέλικτα κβαντικά συστήματα.