Čínský tým úspěšně replikoval bizarní kvantový jev pomocí fotonů namísto elektronů, uvedla v pondělí Čínská vědecká a technologická univerzita (USTC).
K simulaci jevu, který se nazývá frakční kvantový anomální Hallův stav, vědci použili nezávisle vyvinutý kvantový experimentální systém.
Očekává se, že tento průlom v technologii kvantové simulace podpoří pokrok ve výzkumu kvantové fyziky a kvantové výpočetní techniky, uvedl na tiskové konferenci Pchan Ťien-wej, čínský kvantový fyzik a akademik Čínské akademie věd (CAS).
Tým z USTC, který vedli Pchan a Lu Čchao-jang, v rámci výzkumu nezávisle vyvinul a pojmenoval nový typ supravodivého qubitu, plasmonium. Qubit je základní jednotkou informace v kvantové výpočetní technice. Studie byla 2. května zveřejněna v časopise Science.
Úspěch týmu řešil dva zásadní problémy při realizaci frakčního kvantového anomálního Hallova jevu s fotony a poskytl nové prostředky pro experimentální pozorování a manipulaci s kvanty. Vývojem vlastního plasmoniového qubitu překonal výzkumný tým klíčové omezení tradičních transmonových qubitů. Vyšší anharmoničnost plasmonia umožňuje silnější odpuzování mezi fotony. Kromě toho vytvořili umělé magnetické pole pro fotony pomocí střídavé vazby. To umožňuje fotonům akumulovat Berryho fázi při jejich pohybu po mřížkové struktuře.
Čchang Ťin, viceprezident CAS, na tiskové konferenci uvedl, že se očekává, že tento úspěch bude mít významný dopad na budoucí vývoj kvantových technologií.
»Doufáme, že vývoj kvantových technologií bude díky úsilí světové vědecké komunity a mezinárodní spolupráci i nadále postupovat kupředu. Přeměnou úspěchů příslušného základního výzkumu v klíčové technologie, které budou hnací silou společenského pokroku a hospodářského rozvoje, se kvantová technologie stane inovační silou a zdrojem nových kvalitních výrobních sil,« řekl Čchang.
»Z vědeckého i technického hlediska se jedná o pozoruhodný úspěch a dosažení takového cíle bylo po mnoho let jedním ze svatých grálů kvantové simulace v mnoha laboratořích po celém světě,« doplnil Peter Zoller, nositel Wolfovy ceny za fyziku a profesor katedry na univerzitě v Innsbrucku.
Frank Wilczek, nositel Nobelovy ceny za fyziku, ocenil studii jako »velmi slibný nápad« a »velmi působivý experiment«, který představuje »pozoruhodný krok« v oblasti kvantového zpracování informace.
Technologie kvantové simulace
»Syntetický, kontrolovatelný a výkonnější přístup kvantové simulace, který se vymaňuje z omezení přirozených systémů, lze využít k dalšímu zkoumání záhad kvantových stavů a prozkoumat realizaci univerzálního kvantového výpočtu odolného proti poruchám,« uvedl Pchan.
Hallův jev označuje jev, při kterém se při průchodu proudu materiálem umístěným v magnetickém poli vytváří napětí kolmo na směr proudu i magnetického pole. Tento jev objevil americký vědec Edwin Hall v roce 1879 a byl široce aplikován v oblasti elektromagnetického snímání.
Anomální Hallův jev označuje pozorování souvisejících jevů bez nutnosti vnějšího magnetického pole. V roce 2013 čínský výzkumný tým pozoroval celočíselný kvantový anomální Hallův jev. V roce 2023 výzkumné týmy ze Spojených států a Číny nezávisle na sobě pozorovaly zlomkový kvantový anomální Hallův jev.
Konvenční přístup ke studiu kvantového Hallova jevu v experimentech zahrnuje využití stávající struktury a vlastností konkrétních materiálů k přípravě kvantového Hallova stavu, což vyžaduje přísné experimentální podmínky včetně extrémně nízkoteplotního prostředí, vysoké čistoty dvourozměrných materiálů a silných magnetických polí.
Tradiční metody se potýkají s problémy při nezávislé manipulaci a měření mikroskopických kvantových stavů systému v jednobodových polohách, což omezuje jejich použití v kvantové informatice.
Uměle zkonstruovaný kvantový systém naopak nabízí jasnou a flexibilní strukturu a poskytuje výzkumníkům větší možnosti kontroly a manipulace, což z něj činí nové paradigma pro studium komplexních kvantových stavů, uvedl Lu.
Tento systém nevyžaduje vnější magnetické pole. Díky vysoce přesnému řízení umožňuje komplexní měření mikroskopických vlastností vysoce integrovaného kvantového systému.
Tento typ technologie se nazývá kvantová simulace a je důležitou součástí druhé kvantové revoluce. Očekává se, že v blízké budoucnosti bude použita k simulaci kvantového systému, který je výpočetně náročný pro klasické počítače, a v konečném důsledku bude dosaženo kvantové výpočetní nadřazenosti.
(pr)