Kuantum makinesi

Kuantum makinenin O'Connell tarafından geliştirilen fotoğrafı.Mekanik rezonatör bağlantı kapasitörün(küçük beyaz kare) sol altına yerleşiktir. qubit bağlantı kapasitörünün sağ üstüne bağlanmıştır.

Bir kuantum makinesi kuantum mekaniğinin kolektif hareket yasalarını taklit eden insan yapımı bir cihazdır.Schrödinger'in kedisi düşünce deneyi tarafından vurgulandığı gibi makroskobik nesnelerin kuantum mekaniğin yasalarını taklit edilebileceği fikri 20. yüzyılın başlarında kuantum mekaniğinin gelişine kadar uzanır.[1][2] Ancak, kuantum etkileri büyük ölçekli nesnelerde kolayca gözlemlenebilir değildir.Sonuç olarak, kuantum hareket durumları sadece son derece düşük sıcaklıklarda özel durumlarda gözlenmiştir. Makroskopik nesnelerin kuantum etkilerinin kırılganlığı hızlı kuantum dekoheranstan ortaya çıkabilir.[3] Araştırmacılar, 2009 yılında ilk kuantum makinesini üretti ve başarı 2010 yılında Science tarafından "Yılın Atılımı" seçildi.

İlk kuantum makinesiDüzenle

 
Toplu akustik film rezonatorünün Tarayıcı elektron mikrografı.Rezonatörün mekanik olarak aktif bir parçası,elektrik bağlantıları gibi hareket eden iki metal potansiyel tarafından sola doğru desteklenmektedir.

Doktora derecesini takip ederken Kaliforniya Üniversitisesi, Santa Barbarada Andrew N. Cleland ve John M. Martinis başkanlığında ilk kuantum makinesi Aaron D. O'Connell tarafından 4 Ağustos 2009 tarihinde oluşturuldu.O'Connell ve arkadaşları birlikte küçük bir sıçrama tahtasına benzer bir mekanik rezonatör ve qubit, aynı anda iki kuantum bir üst üste gelebilen bir cihaz bağlanmıştır. Bu rezonatör Klasik fizikte imkansız olurdu aynı anda-bir etkisi küçük bir miktar ve büyük miktarda titreteşebilirliği başardık.Mekanik rezonatör ilgili genişliği çıplak göz ile bir insan saçının ile görmek sadece yeterince büyük oldu.[4] çığır açan çalışma, daha sonra Mart 2010 Nature dergisinde yayımlandı.[5] Science dergisi ilan 2010 "Yılın Atılımı" olarak ilk kuantum makinesinin oluşturulması.[6]

Bazal duruma soğutmaDüzenle

Kuantum mekaniksel davranışını göstermek için, takımın önce mekanik rezonatörü kuantum bazal durumuna (mümkün olan en düşük enerji durumu) kadar soğutması gereklidir. Özel olarak h Planck sabitia[›],f rezonatörün frekansıdır ,Thf/k bir sıcaklık, gereklidir ve k Boltzmann sabitidir.Araştırmacının [>] ilk takımı olarak bir 1 MHz rezonatörün, örneğin, 50 μK son derece düşük bir sıcaklığa soğutulması gereken bu aşama ile mücadele etti.[7] O'Connell'ın takımı rezonatörün farklı bir tipi, bir Toplu akustik rezonator filmi ve [5] çok daha yüksek bir rezonans frekansına sahip bu nedenle (göreceli olarak) daha yüksek bir sıcaklığa (~0.1 K) bazal duruma ulaşılacağını(6 GHz) tasarlanmıştır; Bu sıcaklığa daha sonra kolayca bir seyreltme buzdolabı ile ulaşılabilir.[5] deneyde, rezonatör 25 mK'e kadar soğutuldu .[5].

Kuantum durum kontrolüDüzenle

Film toplu akustik rezonatör , piezoelektrik malzemeden yapılmış,böylece değişen şekli değişen bir elektrik sinyali oluşturulur ve tersi bir elektrik sinyali kendi salınımlarını titreştirilebilir gibi etkileyebilir., bir süper-iletkenin faz qubit olan bu özelliği kuantum durumunu doğru bir şekilde kontrol edebilir kuantum hesaplama kullanan bir cihaz ile birlikte rezonatör olma özelliğini sağladı. Kuantum mekaniğinde, titreşimler fonon denilen temel titreşimleri oluşturur. rezonatorü zemin durumuna soğutma fononların hepsinin kaldırılmasına eşdeğer olarak görülebilir.Ekibin daha sonra rezonatörle bireysel Qubit fonon aktarması mümkün oldu.Ekibin ayrıca mekanik rezonatorü üzerine aynı anda qubit iki durumun bir süperpozisyonu olan bir superpozisyon durumunu aktarması mümkün oldu. [8] Bu rezonatorü Bilim İlerlemesi için Amerikan Derneği göre, "kelimenin tam anlamıyla aynı zamanda küçük ve daha birçok vibrasyonlu" anlamına gelir.[9] Titreşimler yıkıcı dış etkiler tarafından bozulan önce sadece birkaç nanosaniye sürdü.[10] Nature yazıda, ekip "Bu gösteri kuantum mekaniği çıplak gözle görülebilecek kadar büyük bir mekanik nesnesine uygulama konusunda güçlü bir kanıt sağlar." sonucuna vardı "[5]

NotlarDüzenle

^  a:  Bir osilatorün temel durum enerjisi is proportional to bunun frekansına : bakınız kuantum harmonik osilator

KaynakçaDüzenle

  1. ^ Schrödinger, E. (1935). "The present situation in quantum mechanics". Naturwissenschaften. 23 (48), s. 807–812; 823–828; 844–849. Bibcode:1935NW.....23..807S. doi:10.1007/BF01491891. 
  2. ^ Leggett, A. J. (2002). "Testing the limits of quantum mechanics: motivation, state of play, prospects". J. Phys.: Condens. Matter. 14 (15), s. R415–R451. Bibcode:2002JPCM...14R.415L. doi:10.1088/0953-8984/14/15/201. .
  3. ^ Zurek, W. H. (2003). "Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical". Reviews of Modern Physics. 75 (3), s. 715–765. arXiv:quant-ph/0105127 $2. Bibcode:2003RvMP...75..715Z. doi:10.1103/RevModPhys.75.715. 
  4. ^ Boyle, Alan. "The year in science: a quantum leap". msnbc.com. Erişim tarihi: 23 Aralık 2010. 
  5. ^ a b c d e O’Connell, A. D.; Hofheinz, M.; Ansmann, M.; Bialczak, R. C.; Lenander, M.; Lucero, E.; Neeley, M.; Sank, D.; ve diğerleri. (2010). "Quantum ground state and single-phonon control of a mechanical resonator". Nature. 464 (7289), s. 697–703. Bibcode:2010Natur.464..697O. doi:10.1038/nature08967. PMID 20237473. 
  6. ^ Cho, Adrian (2010). "Breakthrough of the Year: The First Quantum Machine". Science. 330 (6011), s. 1604. Bibcode:2010Sci...330.1604C. doi:10.1126/science.330.6011.1604. 
  7. ^ Steven Girvin, http://www.condmatjournalclub.org/wp-content/uploads/2010/04/jccm_april2010_013.pdf
  8. ^ Markus Aspelmeyer, Quantum mechanics: the surf is up, Nature 464, 685-686 (1 April 2010)
  9. ^ Brandon Bryn, "Science: The breakthroughs of 2010 and insights of the decade", American Association for the Advancement of Science, December 16, 2010
  10. ^ Richard Webb, "First quantum effects seen in visible object", New Scientist, March 17, 2010

Dış bağlantılarDüzenle

Şablon:Breakthrough of the Year