Naukowcy z ICFO zbudowali QUIONE – analogowy procesor kwantowy do symulacji kwantowej

Krótki opis poufnych informacji

• Fizyka kwantowa potrzebuje technologii wykrywania o wysokiej rozdzielczości, aby głębiej zagłębić się w mikroskopijne właściwości materiałów.
• Naukowcy z ICFO z Barcelony w Hiszpanii zbudowali własny mikroskop gazu kwantowego, nazwany QUIONE na cześć greckiej bogini śniegu.
• Mikroskop gazów kwantowych należący do grupy jest jedynym na świecie, który umożliwia obrazowanie poszczególnych atomów gazów kwantowych strontu.
• Zdjęcie: Zespół w laboratorium. Od lewej do prawej: Sandra Pope, Antonio Rubio Abidal, Wasilij Machałow, Jonathan Hoechelli i Leticia Tarwell. (Zdjęcie/historia: ICFO)

Komunikat prasowy — Fizyka kwantowa potrzebuje technologii wykrywania o wysokiej rozdzielczości, aby głębiej zagłębić się w mikroskopijne właściwości materiałów. Jednym z analogowych procesorów kwantowych, który pojawił się ostatnio, jest tzw Kwantowe mikroskopy gazowe Okazały się potężnymi narzędziami do zrozumienia układów kwantowych na poziomie atomowym. Urządzenia te wytwarzają obrazy Gazy kwantowe Przy bardzo wysokiej rozdzielczości: pozwala na detekcję pojedynczych atomów.

Teraz badacze z ICFO (Barcelona, ​​​​Hiszpania) Sandra Poppe, Jonathan Hoechelli, dr Vasiliy Makhalov i dr Antonio Rubio Abadal przeprowadzili Profesor ICREA w ICFO Laetitia TarwellWyjaśnij, jak zbudowali własny mikroskop gazu kwantowego, nazwany QUIONE na cześć greckiej bogini śniegu. Mikroskop gazów kwantowych należący do grupy jest jedynym na świecie mikroskopem umożliwiającym obrazowanie poszczególnych atomów gazów kwantowych strontu i pierwszym tego rodzaju w Hiszpanii.

Oprócz imponujących obrazów, na podstawie których można rozróżnić poszczególne atomy, celem projektu QUIONE jest symulacja kwantowa. Jak wyjaśnia profesor ICREA Laetitia Tarwell: „Symulacja kwantowa Można ich używać do podsumowywania bardzo złożonych systemów w prostsze modele, aby zrozumieć otwarte pytania, na które obecne komputery nie są w stanie odpowiedzieć, na przykład: dlaczego niektóre… Materiał przewodzi prąd elektryczny bez żadnych strat Nawet przy stosunkowo wysokich temperaturach.” Badania grupy w ICFO w tym obszarze otrzymały wsparcie na poziomie krajowym (nagroda od Królewskiego Hiszpańskiego Towarzystwa Fizyki, projekty i granty od Fundacji BBVA, Fundacji Ramón Areces, La Caixa Foundation i Cellex Foundation) oraz na poziomie europejskim (w tym projektem That’s ERC).

Specyfika tego eksperymentu polega na tym, że udało im się to osiągnąć Gaz strontowy Do System ilościowywłóż to Poetyka wizualna Tam, gdzie atomy mogą oddziaływać na siebie poprzez zderzenia, stosuje się techniki obrazowania pojedynczych atomów. Te trzy składniki czynią go idealnym Unikalny ilościowy mikroskop gazowy strontu firmy ICFO W swoim rodzaju.

Atomy w kieliszku do jaj oddziałują ze sobą, czasami doświadczając tunelowania kwantowego, aby przedostać się z jednego miejsca do drugiego. Międzyatomowa dynamika kwantowa naśladuje dynamikę elektronów występujących w niektórych materiałach. Dlatego badanie tych systemów może być pomocne Zrozumienie złożonego zachowania niektórych materiałówTo Główna idea symulacji kwantowej.

Gdy gaz i siatka optyczna były już gotowe, badacze wykonali zdjęcia za pomocą mikroskopu i w końcu byli w stanie obserwować atom po atomie kwantowego gazu strontu. W tym momencie kompilacja QUIONE była już sukcesem, ale jej twórcy chcieli wydobyć z niej więcej.

Zatem oprócz zdjęć nakręcili filmy przedstawiające atomy i zaobserwowali, że chociaż atomy musiały pozostać nieruchome podczas obrazowania, czasami przeskakiwały do ​​pobliskiej pozycji w siatce. Można to wytłumaczyć pewnym zjawiskiem Tunelowanie kwantowe. Atomy „przemieszczały się” z jednego miejsca do drugiego. To była bardzo piękna rzecz do zobaczenia, ponieważ dosłownie byliśmy świadkami manifestacji z pierwszej ręki ich nieodłącznego zachowania kwantowego.

Na koniec zespół badawczy wykorzystał kwantową mikroskopię gazową, aby potwierdzić, że… Gaz strontowy On był Super płynKwantowa faza materii, która płynie bez lepkości. „Nagle wyłączyliśmy laser siatkowy, aby atomy mogły rozszerzyć się w przestrzeń i interferować ze sobą. Kiedy nasze instrumenty to zarejestrowały, powstał wzór interferencyjny ze względu na dualizm falowo-cząsteczkowy atomów. Sprawdziliśmy. Nadmierna płynność w próbie„, wyjaśnia dr Antonio Rubio Abadal.

„To bardzo ekscytujący moment dla symulacji kwantowej” – mówi Leticia Tarwell, profesor ICREA. „Teraz, gdy dodaliśmy stront do listy dostępnych mikroskopów do gazów kwantowych, być może wkrótce będziemy w stanie symulować bardziej złożone i egzotyczne materiały. Oczekujemy zatem, że pojawią się nowe fazy materii. Oczekujemy również, że będziemy mieli większą moc obliczeniową do ich wykorzystania maszyny.” Analogowe komputery kwantowe„.