Jedan od načina na koji možemo u potpunosti ostvariti potencijal kvantnih računala je da ih temeljimo i na svjetlosti i na materiji. Na taj način informacije se mogu pohranjivati i obrađivati, ali i putovati brzinom svjetlosti.
Znanstvenici su upravo napravili korak bliže tom cilju, uspješno proizvevši najveće hibridne čestice svjetlosti i materije dosad stvorene.
Te kvazičestice, poznate kao Rydbergovi polaritoni, napravljene su uz pomoć komada kamena koji sadrži kristale bakrovog oksida (Cu2O) iz drevnog ležišta u Namibiji, jednom od rijetkih mjesta na svijetu na kojem je bakrov oksid pronađen u kvaliteti dragog kamenja.
Kristal izvučen iz kamena poliran je i stanjivan na manje od širine ljudske vlasi kose i stisnut između dva zrcala kako bi uhvatio svjetlost, što je rezultiralo Rydbergovim polaritonima 100 puta većim od bilo kojih dosad viđenih.
Sveti gral znanosti
Ovo postignuće znanstvenika približava nas proizvodnji kvantnog simulatora koji može pokrenuti te Rydbergove polaritone koristeći kvantne bitove ili kubite za pohranjivanje informacija u nulama, jedinicama i višestrukim vrijednostima između njih umjesto samo klasičnim računalnim bitovima (0 i 1).
Izrada kvantnog simulatora sa svjetlom je sveti gral znanosti. Napravili smo veliki korak prema tome stvarajući Rydbergove polaritone, koji su njegov ključni sastojak, kaže fizičar Hamid Ohadi sa Sveučilišta St. Andrews u Velikoj Britaniji.
Ono što Rydbergove polaritone čini tako posebnima je to što se oni neprestano prebacuju sa svjetla na materiju i natrag. Istraživači uspoređuju svjetlost i materiju s dvije strane istog novčića, a to je strana materije na kojoj polaritoni mogu međusobno komunicirati.
To je važno jer se svjetlosne čestice brzo kreću, ali ne stupaju u interakciju jedna s drugom. Materija je sporija, ali je sposobna komunicirati. Spajanje tih dviju sposobnosti moglo bi pomoći u otključavanju potencijala kvantnih računala.
Ta je fleksibilnost ključna u upravljanju kvantnim stanjima koja ostaju nedefinirana dok se ne promatraju. Potpuno funkcionalno kvantno računalo izgrađeno na ovoj tehnologiji i dalje je daleko, ali sada smo bliže nego ikad prije mogućnosti da ga zapravo napravimo.
Ključ pronađen na eBayu
Rydbergovi polaritoni nastaju spajanjem ekscitona i fotona. I tu je zapravo glavnu ulogu odigrao drevni dragi kamen iz Namibije jer je bakrov oksid pronađen u njemu supervodič, materijal koji omogućuje elektronima da teku bez otpora, a prethodna istraživanja su pokazala da sadrži divovske Rydbergove ekscitone.
Ekscitoni su električno neutralne kvazičestice koje se pod pravim uvjetima mogu prisiliti da se spoje sa svjetlosnim česticama. Ovi veliki ekscitoni koji se nalaze u bakrovom oksidu mogu se spojiti s fotonima unutar posebnog sklopa poznatog kao Fabry-Pérotova mikrošupljina ili, jednostavnije rečeno, zrcalni sendvič.
To je bio i ključni element u stvaranju većih Rydbergovih polaritona.
Kupnja kamena na eBayu bila je laka. Izazov je bio napraviti Rydbergove polaritone koji postoje u iznimno uskom rasponu boja, kaže fizičar Sai Kiran Rajendran sa Sveučilišta St. Andrews.
Jednom kada se potpuno sposobna kvantna računala mogu sastaviti, možda pomoću baš ovih Rydbergovih polaritona, eksponencijalna poboljšanja računalne snage omogućit će im da se pozabave iznimno složenim izračunima izvan opsega računala koje imamo danas.
Primjeri koje su iznijeli istraživači uključuju razvoj visokotemperaturnih supravodljivih materijala i veće razumijevanje o tome kako se proteini savijaju (potencijalno povećavajući sposobnost proizvodnje lijekova).
Metode navedene u novom istraživanju morat će se dodatno usavršavati kako bi se te čestice koristile u kvantnim krugovima, ali osnove su sada tu. Znanstveni tim koji stoji iza ovog istraživanja misli da se i njihovi rezultati mogu poboljšati u budućnosti.
Ovi rezultati otvaraju put prema realizaciji eksciton-polaritona u snažnoj interakciji i istraživanju jako koreliranih faza materije pomoću svjetlosti na čipu, pišu istraživači u studiji objavljenoj u znanstvenom časopisu Nature Materials.
Izvor: Science Alert
