Murranguline avastus kvantmehaanika vallas

California Santa Barbara Ülikooli (UCSB) uurijad jõudsid enda väitel hiljuti järjekordse verstapostini eksperimentaalse kvantmehaanika arendamisel.

17. juulil ajakirjas Nature avaldatud töös dokumenteerivad UCSB füüsikud Max Hofheinz, John Martinis ja Andrew Cleland, kuidas nad kasutasud Martinise laboris välja töötatud, Josephsoni faaskubitiks nimetatud elektroonilist ülijuht-lülitust üksikute mikrolaine-footonite kontrollitud pumpamiseks mikronlaine-ülijuht-resonaatorisse, kirjutab teadusuudiste portaal PhysOrg.

Resonaatorisse pumbati kuni kuus footonit ning talletati seal; seejärel tuvastati nad kubiti abil, mis töötab analüsaatorina, nagu elektrooniline aatom. Footonarvulisi olekuid, niinimetatud Focki olekuid, pole seni veel kontrollitud tingimustes saavutatud, väitis Cleland.

“Neist olekutest räägitakse kvantmehaanika sissejuhatavates loengutes, kuid seni pole neid keegi juhitult tekitanud,” ütles Cleland.

Sama tehnika abil kutsusid uurijad ülijuht-resonaatoris esile veel ühe spetsiaalse olekuvormi, mida nimetatakse koherentseks olekuks. Neid olekuid on suhteliselt lihtne tekitada ning need paistavad käituvat täiesti eba-kvantmehaanilisel moel, ent sama analüüsimeetodit kasutades suutsid UCSB teadurid demonstreerida eeldatud elementaarset kvantkäitumist.

Saksa päritolu magistrand Hofheinz, kes on viimase aasta UCSB-s nimetatud projekti juures töötanud, selgitas resonaatori tööpõhimõtet:

“Resonaator on pendli elektriline vaste,” rääkis Hofheinz. “Kvantmehaaniliselt väljendub selle pendli energia ehk liikumise amplituud ainult lõplikes etappides ehk kvantides. Esmalt valmistasime resonaatori hoolikalt neis kvantolekutes ette, näitasime seejärel, et suudame seda teha juhitult, ning mõõtsime siis olekuid. Pärast seda “lõime” pendlit otse — meetod, mille juures amplituudi väärtus võib olla suvaline ega paista piirduvat antud kvantidega. Kui aga uurime resonaatorit oma kubitiga, näeme, et amplituud muutub siiski sammhaaval, kuid resonaator on korraga mitmes olekus, mistõttu näib enamasti, et see ei piirdu kvantolekutega.”

Hofheinz veetis mitu kuud UCSB Nanokonstruktsioonilaboris, pannes kokku katses kasutatud seadet. “Kord juba ergastatud resonaator peab “pendeldama” väga kaua,” selgitas ta. “Esimesed minu konstrueeritud näidised võnkusid väga lühikest aega. Pidime konstrueerimisviisi muutmiseks kõvasti tööd tegema, et panna resonaator kauem võnkuma.”

Seejärel peenhäälestas ta Martinisi rühma ehitatud mikrolaine-elektroonika nii, et see saadaks kirjeldatud põnevate tulemuste saavutamiseks vajalikke täpseid signaale.

Martinis, Cleland ja Hofheinz ütlevad, et nende uurimustööst võib olla abi kvantraali valmistamisel, mida nii valitsus kui elektroonikatööstus on kaua saavutada üritanud. Kvantraali saaks kasutada peamiselt side turvalisuse tagamisel kasutatavate krüptingute murdmiseks — või koostamiseks.

“Harmoonilised ostsillaatorid võivad meil aidata kiiremini kvantraali valmistamiseni jõuda,” ütles Cleland.

“Ma arvan, et kui kvantraal viimaks ehitatakse, sisaldab see kindlasti resonaatoreid,” usub Hofheinz.

Tõlkinud Mart Kalvet.