Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đang khám phá những cách mới để tạo ra các tương tác cơ học lượng tử giữa các electron ở xa. Nghiên cứu đánh dấu một bước tiến quan trọng trong điện toán lượng tử.
“Beam me up” là một trong những câu khẩu hiệu nổi tiếng nhất trong loạt phim Star Trek. Đó là lệnh được ban hành khi một nhân vật muốn dịch chuyển tức thời từ một địa điểm từ xa trở về Starship Enterprise.
Trong khi dịch chuyển tức thời của con người chỉ tồn tại trong khoa học viễn tưởng thì dịch chuyển tức thời là có thể trong thế giới hạ nguyên tử của cơ học lượng tử – mặc dù không theo cách mô tả điển hình trên TV. Trong thế giới lượng tử, dịch chuyển tức thời liên quan đến việc vận chuyển thông tin, thay vì vận chuyển vật chất.
Năm ngoái các nhà khoa học đã xác nhận rằng thông tin có thể được truyền qua giữa các photon trên chip máy tính ngay cả khi các photon không được liên kết vật lý.
Bây giờ, theo nghiên cứu mới từ Đại học Rochester và Đại học Purdue, dịch chuyển tức thời cũng có thể có thể giữa các điện tử.
Trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Communications và một bài xuất hiện trên Tạp chí Vật lý X (Physical Review X), các nhà nghiên cứu bao gồm John Nichol, trợ lý giáo sư vật lý tại Rochester và Andrew Jordan, giáo sư vật lý tại Rochester, khám phá những cách mới để tạo ra cơ học lượng tử tương tác giữa các electron ở xa. Nghiên cứu này là một bước quan trọng trong việc cải thiện điện toán lượng tử, do đó, có tiềm năng cách mạng hóa công nghệ, y học và khoa học bằng cách cung cấp các bộ xử lý và cảm biến nhanh hơn và hiệu quả hơn.
‘HÀNH ĐỘNG SPOOKY TẠI MỘT KHOẢNG CÁCH’
Dịch chuyển tức thời lượng tử là một minh chứng cho điều mà Albert Einstein nổi tiếng gọi là “hành động ma quái ở xa” – còn được gọi là sự vướng víu lượng tử. Trong sự vướng víu – một trong những khái niệm cơ bản của vật lý lượng tử – tính chất của một hạt ảnh hưởng đến tính chất của hạt khác, ngay cả khi các hạt cách nhau một khoảng cách lớn. Dịch chuyển tức thời lượng tử liên quan đến hai hạt xa xôi, vướng víu trong đó trạng thái của hạt thứ ba ngay lập tức “dịch chuyển” trạng thái của nó sang hai hạt vướng víu.
Dịch chuyển tức thời lượng tử là một phương tiện quan trọng để truyền thông tin trong điện toán lượng tử. Trong khi một máy tính thông thường bao gồm hàng tỷ bóng bán dẫn, được gọi là bit, máy tính lượng tử mã hóa thông tin theo bit lượng tử hoặc qubit. Một bit có một giá trị nhị phân duy nhất, có thể là “0” hoặc “1”, nhưng các qubit có thể là cả “0” và “1” cùng một lúc. Khả năng cho các qubit riêng lẻ đồng thời chiếm giữ nhiều trạng thái làm cơ sở cho tiềm năng to lớn của máy tính lượng tử.
Các nhà khoa học gần đây đã chứng minh dịch chuyển tức thời lượng tử bằng cách sử dụng các photon điện từ để tạo ra các cặp qubit bị vướng từ xa.
Tuy nhiên, Qubits được làm từ các điện tử riêng lẻ cũng hứa hẹn truyền thông tin trong chất bán dẫn.
Các electron riêng lẻ là các qubit hứa hẹn vì chúng tương tác rất dễ dàng với nhau và các qubit electron riêng lẻ trong chất bán dẫn cũng có thể mở rộng được. Đáng tin cậy tạo ra các tương tác đường dài giữa các điện tử là điều cần thiết cho điện toán lượng tử.
Việc tạo ra các cặp qubit electron vướng víu kéo dài khoảng cách cần thiết cho dịch chuyển tức thời đã tỏ ra khó khăn: mặc dù các photon lan truyền tự nhiên trên khoảng cách xa, các electron thường bị giới hạn ở một nơi.
MÔI TRƯỜNG ĐIỆN TỬ
Để chứng minh dịch chuyển tức thời lượng tử bằng cách sử dụng điện tử, các nhà nghiên cứu đã khai thác một kỹ thuật được phát triển gần đây dựa trên các nguyên tắc của khớp nối trao đổi Heisenberg. Một electron riêng lẻ giống như một thanh nam châm có cực bắc và cực nam có thể hướng lên hoặc xuống. Hướng của cực – ví dụ, cực bắc đang hướng lên hoặc xuống, chẳng hạn – được gọi là mô men từ tính hoặc trạng thái quay lượng tử. Nếu một số loại hạt có cùng thời điểm từ tính, chúng không thể ở cùng một vị trí cùng một lúc. Đó là hai electron trong cùng một trạng thái lượng tử không thể ngồi chồng lên nhau. Nếu họ làm như vậy, nhà nước của họ sẽ trao đổi qua lại trong thời gian.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật này để phân phối các cặp electron vướng víu và dịch chuyển trạng thái spin của chúng.
“Chúng tôi cung cấp bằng chứng cho” hoán đổi vướng víu “, trong đó chúng tôi tạo ra sự vướng víu giữa hai điện tử mặc dù các hạt không bao giờ tương tác và” dịch chuyển tức thời cổng lượng tử “, một kỹ thuật có thể hữu ích cho điện toán lượng tử sử dụng dịch chuyển tức thời,” Nichol nói. “Công việc của chúng tôi cho thấy điều này có thể được thực hiện ngay cả khi không có photon.”
Các kết quả mở đường cho nghiên cứu trong tương lai về dịch chuyển tức thời lượng tử liên quan đến trạng thái spin của mọi vật chất, không chỉ photon và cung cấp thêm bằng chứng cho khả năng hữu ích đáng ngạc nhiên của từng electron trong chất bán dẫn qubit.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Rochester . Bản gốc được viết bởi Lindsey Valich. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :