Ήταν άλλη μια χρονιά πανό για την κβαντική επιστήμη και τεχνολογία, με ακαδημαϊκές ερευνητικές ομάδες και εταιρείες τεχνολογίας να γιορτάζουν σημαντικά επιτεύγματα στους κβαντικούς υπολογιστές, τις κβαντικές επικοινωνίες και την κβαντική μετρολογία καθώς και τη θεμελιώδη κβαντική επιστήμη. Τρεις από αυτές τις προόδους – ένας κβαντικός επαναλήπτης που μεταδίδει κβαντικές πληροφορίες σε απόσταση 50 km. ένα πείραμα διπλής σχισμής στο χρόνο. και μια προσομοίωση ενός διαστελλόμενου σύμπαντος σε ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein – εμφανίστηκε στο μας λίστα με τις 10 κορυφαίες ανακαλύψεις της χρονιάς, αλλά με τόσα συναρπαστικά πράγματα που συμβαίνουν, δεν μπορούμε να αντισταθούμε στο να γιορτάσουμε μερικά άλλα. Εδώ, χωρίς ιδιαίτερη σειρά, είναι μερικά από τα κυριότερα σημεία.

Ενώνοντας τις κουκκίδες υλικού

Ορισμένες καινοτομίες ήρθαν στα πρωτοσέλιδα αμέσως. Άλλοι θέτουν τις βάσεις για μελλοντικές ανακαλύψεις. Τον Μάιο, Γιοχάνες Φινκ και συνάδελφοι στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Αυστρίας διεκδίκησαν μια θέση στη δεύτερη ομάδα από επίδειξη ενός πρωτοκόλλου για την εμπλοκή μικροκυμάτων και οπτικών φωτονίων. Αυτό είναι σημαντικό επειδή τα υπεραγώγιμα κυκλώματα που αποτελούν πολλούς από τους πιο προηγμένους κβαντικούς υπολογιστές του σήμερα λειτουργούν σε συχνότητες μικροκυμάτων, αλλά οι ίνες και ο άλλος εξοπλισμός που χρησιμοποιούνται για την αποστολή πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσεις λειτουργούν σε οπτικές συχνότητες. Εάν θέλουμε να δημιουργήσουμε ένα δίκτυο πολλών κβαντικών υπολογιστών και να τους κάνουμε να μιλάνε μεταξύ τους, θα χρειαστούμε λοιπόν ισχυρές, αξιόπιστες κβαντικές συνδέσεις μεταξύ αυτών των δύο συχνοτήτων.

Τώρα που ο Fink και η ομάδα του έχουν δείξει ότι τέτοιες συνδέσεις είναι δυνατές, οι προοπτικές για κβαντικά δίκτυα που βασίζονται σε υπεραγώγιμα qubits φαίνονται πιο ρόδινες, αν και το πρωτόκολλο χρειάζεται ακόμα βελτίωση. Όπως παρατήρησε ένας ανεξάρτητος εμπειρογνώμονας, «δεν πρέπει να πιστεύουμε ότι αυτό κάνει τα πάντα εύκολα τώρα – είναι μόνο η αρχή, αλλά αυτό δεν αφαιρεί από την ποιότητα του πειράματος».

Μια παρόμοια πρόοδος βραδείας καύσης σημειώθηκε τον Αύγουστο, όταν οι ερευνητές εισήλθαν Η ομάδα του John Bowers στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σάντα Μπάρμπαρα, βάλτε ένα λέιζερ και έναν φωτονικό κυματοδηγό στο ίδιο τσιπ για πρώτη φορά. Τα ολοκληρωμένα φωτονικά συστήματα όπως αυτά θα είναι ζωτικής σημασίας για την κλιμάκωση των κβαντικών υπολογιστών που βασίζονται σε παγιδευμένα ιόντα ή άτομα, αλλά τα λέιζερ και οι κυματοδηγοί δεν έπαιζαν πάντα καλά μαζί. Συγκεκριμένα, όταν το φως από ένα λέιζερ εισέρχεται σε έναν κυματοδηγό, ένα μέρος του ανακλάται και εάν αυτό το ανακλώμενο φως επιστρέψει στο λέιζερ, η έξοδος του λέιζερ γίνεται ασταθής. Σχεδιάζοντας ένα τσιπ που αποφεύγει αυτές τις ανεπιθύμητες αλληλεπιδράσεις, ο Bowers και οι συνεργάτες του έκαναν πολύ πιο εύκολη τη δουλειά των μελλοντικών σχεδιαστών κβαντικού υλικού.

Ορόσημα στην κβαντική μετρολογία

Κατά το έτος το πρώτο εμπορικό οπτικό ατομικό ρολόι βγήκε στην αγορά, οι κβαντικοί μετρολόγοι σημείωσαν επίσης ένα επίτευγμα στο άλλο άκρο της κλίμακας τεχνολογικής ετοιμότητας. Ακριβώς όπως τα οπτικά ρολόγια είναι πιο ακριβή από τους προκατόχους τους με συχνότητα μικροκυμάτων, έτσι και τα ρολόγια που «σημαδεύουν» κάθε φορά που ο πυρήνας ενός ατόμου υφίσταται μια ενεργειακή μετάβαση θα ήταν ακόμα πιο ακριβή. Μπορεί ακόμη και να είναι αρκετά ακριβείς ώστε να πιάνουν θεμελιώδεις σταθερές στην πράξη της διακύμανσης σε πολύ σύντομες χρονικές κλίμακες, κάτι που θα παραβίαζε το Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής.

Το πρόβλημα είναι ότι κανείς δεν γνωρίζει τις συχνότητες αυτών των πυρηνικών μεταπτώσεων αρκετά καλά ώστε να τις οδηγεί με λέιζερ. Τον Ιούνιο, ωστόσο, οι φυσικοί του CERN πλησίασαν να μάθουν πότε ανίχνευσε ένα φωτόνιο που εκπέμπεται από ένα ιόν θορίου-229 καθώς επέστρεφε στην πυρηνική βασική του κατάσταση. Αν και μένει πολλή δουλειά να γίνει, το αποτέλεσμα είναι ωστόσο ένα βήμα προς την επόμενη γενιά εξαιρετικά ακριβούς χρονομέτρησης.

Εν τω μεταξύ, φυσικοί στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, Boulder, ΗΠΑ, έβαλαν ένα δείκτη στην προσπάθειά τους να μετρήστε την ηλεκτρική διπολική ροπή του ηλεκτρονίου (eEDM) με ολοένα μεγαλύτερη ακρίβεια. Μια μη μηδενική τιμή αυτής της ποσότητας θα παραβίαζε το Καθιερωμένο Μοντέλο και τον Αύγουστο, μια ομάδα με επικεφαλής τον Jun Ye και Έρικ Κορνέλ ανακοίνωσε ότι το eEDM πρέπει να είναι μικρότερο από 4.1 x 10^-30 e cm, με αβεβαιότητα 2.1×10^-30 – ακρίβεια ισοδύναμη με τη μέτρηση της Γης στις διαστάσεις ενός ιού.

Η εμφάνιση αποτελεσματικής κβαντικής διόρθωσης σφαλμάτων

Τα σφάλματα είναι ο όλεθρος των κβαντικών υπολογιστών και η επίδειξη τρόπων διόρθωσής τους είναι ένας σημαντικός στόχος της έρευνας για τους κβαντικούς υπολογιστές. Το 2023, αυτές οι προσπάθειες άρχισαν να αποδίδουν. Τον Φεβρουάριο, οι ερευνητές της Google Quantum AI ανακοίνωσαν ότι είχαν καταστέλλονται σφάλματα στη συσκευή υπεραγώγιμου qubit τους εφαρμόζοντας έναν επιφανειακό κώδικα. Αυτός ο τύπος κώδικα διόρθωσης κβαντικού λάθους κωδικοποιεί ένα λογικό (δηλαδή, διορθωμένο με σφάλματα) qubit στην κοινή κατάσταση εμπλοκής πολλών φυσικών qubit. Τον επόμενο μήνα, μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο Yale στις ΗΠΑ επέδειξε διαφορετική προσέγγιση στο ίδιο πρόβλημα, χρησιμοποιώντας μια κωδικοποίηση qubit που ονομάζεται κώδικας GKP για την καταστολή σφαλμάτων με τη βοήθεια πρόσθετων πληροφοριών που είναι ενσωματωμένες σε υπεραγώγιμα qubits transmon.

Οι 10 κορυφαίες ανακαλύψεις του 2023: εξερευνούμε την καλύτερη έρευνα φυσικής φέτος

Αναμφισβήτητα το πιο εντυπωσιακό αποτέλεσμα διόρθωσης σφαλμάτων της χρονιάς, ωστόσο, ήρθε μόλις πριν από λίγες εβδομάδες, όταν Μιχαήλ Λούκιν και συνάδελφοι στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, το QuEra Computing, το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης και το Κοινό Κέντρο NIST/University of Maryland για Κβαντικές Πληροφορίες και Επιστήμη Υπολογιστών αναφερθεί ότι είχαν δημιουργήσει έναν πίνακα 48 λογικών qubit χρησιμοποιώντας ουδέτερα άτομα.

Ακόμη και πριν από αυτή την ανακοίνωση, το 2023 έμοιαζε με έτος ξεπαγώνων για κβαντικούς υπολογιστές ουδέτερου ατόμου, οι οποίοι είναι έχοντας μια στιγμή μετά από μια μακρά περίοδο παραμονής πίσω από συσκευές που χρησιμοποιούν υπεραγώγιμα κυκλώματα ή παγιδευμένα ιόντα ως qubits. Θα είναι το 2024 η χρονιά που θα πάνε μπροστά; Ή μήπως οι αντίπαλοί τους θα βρουν νέα πλεονεκτήματα προς εκμετάλλευση; Παρακολουθήστε αυτόν τον χώρο!

Το καλύτερο από τα υπόλοιπα

Τέλος, μερικά από τα κβαντικά επιτεύγματα του 2023 ξεχωρίζουν για την απόλυτη εφευρετικότητά τους. Φέτος είδε το πρώτη παρατήρηση της κβαντικής υπερχημείας, που συμβαίνει όταν οι χημικές αντιδράσεις επιταχύνονται επειδή τα αντιδρώντα μόρια βρίσκονται όλα στην ίδια κβαντική κατάσταση. Ήταν επίσης η πρώτη φορά που κάποιος το είχε εντοπίσει κβαντική εμπλοκή σε κορυφαία κουάρκ, τα οποία έχουν διάρκεια ζωής μόλις 10^-25 δευτερόλεπτα. Το πιο έξυπνο κβαντικό αποτέλεσμα της χρονιάς, όμως, είναι σίγουρα η επίδειξη ενός κινητήρα που λειτουργεί με τη διαφορά ενέργειας μεταξύ μποζονίων και φερμιονίων. Ως παράδειγμα των δεσμών μεταξύ της κλασικής και της κβαντικής φυσικής, δύσκολα θα μπορούσε να είναι καλύτερο.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/quantum-science-and-technology-highlights-of-2023/