Představte si, že byste najednou objevili předmět, který je navržen tak, aby vůbec nefungoval, ale přesto funguje dokonale. Vědci právě něco takového dokázali. Postavili „obří superatom“, který z principu neměl mít smysl ani funkci. Ale má. A nejen to, jeho existence od základu mění pohled na svět kvantové mechaniky a otevírá dveře k novým technologiím, o kterých jsme dosud mohli jen snít.
Proč je tahle zvláštní struktura tak důležitá? Protože v oblasti kvantových technologií, které zahrnují budování supervýkonných počítačů nebo bezpečné komunikace, je ztráta „koherence“ hlavním nepřítelem. Představte si to jako šepot ve velmi hlučné místnosti – jakmile se ozve příliš mnoho rušivých zvuků (tedy vlivů z okolí), původní informaci ztratíte. Tyto nové superatomy ale dokážou udržet „koherenci“ i při výměně informací, což je něco, co přírodní atomy za běžných podmínek nedokážou.
Svět superatomových struktur: Nejen větší, ale i chytřejší
Tyto nové obří superatomy nejsou jen obyčejné, zvětšené umělé atomy. Jsou to skupiny umělých atomů propojených takovým způsobem, že celá struktura funguje jako jediný celek. Cílem výzkumníků bylo překonat dosavadní práci s velkými atomy tím, že zavedli vnitřní interakce. Jednoduše řečeno, chtěli zjistit, co se stane, když jednotlivé části uvnitř systému začnou ovlivňovat samy sebe.
Každý superatom se chová jako vícestavový kvantový emitor. Znamená to, že dokáže zpracovávat a přenášet kvantové stavy bez ztráty koherence. To jej odlišuje od předchozích kvantových uspořádání, která jsou mnohem náchylnější ke ztrátě svých speciálních vlastností vlivem vnějších poruch. A to je právě ta klíčová vlastnost, která otevírá nové možnosti.
Geometrie rozhoduje: Propletené versus oddělené
Vědci testovali dvě různé konfigurace superatomů:
- Propletené (braided): Tato uspořádání jsou obzvláště dobrá v efektivním výměně kvantových informací při zachování koherence. To by mohlo být zásadní pro budování spolehlivějších kvantových sítí nebo procesorů.
- Oddělené (separate): Tato konfigurace vyniká v jiném ohledu – v tzv. chirálním emisi. Jde o schopnost směrovat tok kvantových informací, například fotonů, preferovaným směrem. Toto směrové řízení podporuje vysoce věrnou distribuci provázanosti, klíčovou pro systémy dálkové kvantové komunikace.
Obě struktury ukazují různé aspekty toho, co mohou superatomy dělat, v závislosti na tom, jak jsou uspořádány. Tato flexibilita nabízí nové možnosti pro stavbu kvantových systémů, které jsou jak robustní, tak přizpůsobitelné.
Nové rámce v kvantovém designu
Jeden z autorů studie popsal superatomy jako „skupiny umělých atomů, které jsou silně propojeny a mají spojovací body uspořádané tak, že se skupina stává ‚obří'“. Toto specifické uspořádání umožňuje radikálně nová experimentální uspořádání.
Vzhledem k tomu, že dekoherence je jednou z hlavních překážek pro škálovatelné kvantové počítání, schopnost superatomů udržet koherenci ve složitých podmínkách by mohla být game-changer. Ačkoli je výzkum stále v rané fázi, byly položeny základy pro nový typ kvantové platformy, která se nechová jako tradiční atomy, a možná je to tak i dobře.
Co myslíte, jaké další nečekané objevy nám kvantová fyzika ještě přinese?