Două componente importante ale tehnologiei cuantice au fost îmbinate recent, într-un laborator de la Universitatea Rice din Houston. Inseparabilitatea cuantică, cheia calculelor cuantice, și criticitatea cuantică, un element esențial pentru superconductoarele de temperaturi înalte, au fost îmbinate, într-un singur experiment.
Rezultatele preliminare sugerează că rezultatele sunt distincte față de ce se cunoaștea până prezent în fizică, privind cele două tehnologii cuantice esențiale. Tentația este, așadar, să ne imaginăm un viitor în care s-ar putea dezvolta un fel de mare teorie unificată a inseparabilității și a superconductibilității, unde descoperirile dintr-un domeniu ar putea fi transpuse într-un altul.
Cercetările se concentrează în jurul unui film subțire dintr-un aliaj (compus din elementele yterbiu, rodiu și siliciu) fabricat de cercetătorii de la Universitatea de Tehnologie din Viena. După această analiză, o echipă de la Rice a analizat proprietățile sale deosebite.
Aceștia au observat filmul într-o stare în care existau ambele comportamente (atât cele cuantice critice, dar și un nivel ridicat de inseparabilitate cuantică între miliardele de electroni).
Ilustrație: Vienna University of Technology
„De obicei, cu ajutorul biților cuantici, construim unul, apoi două, iar dacă ajungem la zece, acesta este un număr mare”, a spus Qimiao Si, profesor de fizică și director al Centrului Rice pentru materiale cuantice. „Există o bănuială că, în mod colectiv, există atât de mulți electroni care sunt legați cuantic din punct de vedere mecanic încât ar putea deveni o resursă pentru ingineria cuantică.”
Starea critică cuantică a filmului, care este separată și distinctă de inseparabilitatea cuantică observată, vine de la compoziția chimică a filmului. Qimiao a spus că echipa s-a bazat pe cercetările anterioare care au stabilit că acest film are un câmp magnetic net zero, pentru faptul că electronii săi sunt aliniați electron-cu-electron, unul împotriva celuilalt. Acest comportament „anti-feromagnetic” este un semn distinctiv al stării sale critice cuantice.
„Ca domeniu, am dori să înțelegem natura criticității cuantice”, a spus Qimiao. „Cercetarea actuală”, a adăugat el, ajută în această direcție.
Qimiao și colegii lui au răcit filmul metalic aproape de zero absolut pentru a observa răspunsul acestuia la o gamă de radiații, de ordinul teraherților. Deși mai puțin de 0,1% din fiecare fascicul a trecut prin film, cercetătorii au descoperit că, dacă integrează observațiile pe parcursul mai multor ore, se poate obține un semnal slab.
Atunci când au comparat semnalele slabe la diferite temperaturi și frecvențe, au descoperit un comportament colectiv în rândul electronilor care au fost atinși de radiație. Comportamentul constă într-o relație între temperatura eșantionului și frecvența radiației, ceea ce indică o sincronie cuantică între electronii din pelicula metalică, pentru care Qimiao spune că electronii ar fi inseparabili cuantic.
Ideea că inseparabilitatea cuantică se poate realiza nu între zeci sau sute de particule, ci între milioane sau miliarde, ar putea părea greu de crezut de către orice cercetător de calculatoare cuantice.
Pe de altă parte, orice cercetător în superconductibilitate ar fi surprins să afle că același fenomen care este potențial la baza Sfântului Graal (criticitatea cuantică) se întâmplă, aparent, în prezența inseparabilității cuantice.
„A fost nevoie de mult timp să demonstrăm că acest tip de criticitate cuantică implică inseparabilitatea cuantică, într-un mod esențial”, a spus Qimiao. „Acest lucru este, de asemenea, o cercetare fundamentală care are potențialul să ofere principiile de design pentru superconductibilitatea la temperaturi înalte.”
Cercetarea grupului a fost recent publicată în revista „Science”.