Μια αναπάντεχη ανακάλυψη σε υπεραγώγιμα υλικά ανοίγει τον δρόμο για σημαντικές εξελίξεις στον χώρο της κβαντικής τεχνολογίας. Ερευνητές από το Ames National Laboratory του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ και το Iowa State University εντόπισαν ένα φαινόμενο που ονόμασαν «ηχώ του Higgs» ή «κβαντική ηχώ». Το εύρημα αυτό ενδέχεται να προσφέρει νέα εργαλεία για την ανάπτυξη προηγμένων τεχνολογιών αποθήκευσης και επεξεργασίας πληροφοριών σε κβαντικό επίπεδο.
Οι υπεραγωγοί είναι υλικά που μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα χωρίς καμία απώλεια. Στο εσωτερικό τους αναπτύσσονται συλλογικές δονήσεις, γνωστές ως «Higgs modes». Πρόκειται για κβαντικά φαινόμενα που θυμίζουν τις ταλαντώσεις του μποζονίου Higgs και εμφανίζονται όταν ένα υλικό περνάει στη φάση της υπεραγωγιμότητας. Ωστόσο, η μελέτη αυτών των δονήσεων ήταν πάντα μια δύσκολη υπόθεση, καθώς διαρκούν ελάχιστο χρόνο και περιπλέκονται από τις αλληλεπιδράσεις τους με τα quasiparticles, δηλαδή διεγέρσεις που μοιάζουν με ηλεκτρόνια και προκύπτουν όταν διακόπτεται η υπεραγωγιμότητα.
Η επιστημονική ομάδα χρησιμοποίησε τεχνικές υπερσύγχρονης φασματοσκοπίας τεραχέρτζ (THz) για να παρατηρήσει το φαινόμενο σε υλικά νιοβίου, τα οποία έχουν ήδη εφαρμογή σε κυκλώματα κβαντικών υπολογιστών. Αυτό που εντόπισαν ήταν μια ιδιαίτερη «κβαντική ηχώ», που δεν μοιάζει με καμία γνωστή ως σήμερα. Όπως εξηγεί ο Jigang Wang, επικεφαλής της έρευνας στο Ames Lab, η ηχώ του Higgs προκύπτει από τη σύνθετη αλληλεπίδραση μεταξύ Higgs modes και quasiparticles, δημιουργώντας σήματα με ξεχωριστά χαρακτηριστικά.
Σε αντίθεση με τα κλασικά ηχώ που παρατηρούνται σε άτομα ή ημιαγωγούς, η ηχώ του Higgs λειτουργεί σαν ένας μηχανισμός μνήμης. Σύμφωνα με τον Wang, έχει τη δυνατότητα να «θυμάται» και να αποκαλύπτει κρυφές κβαντικές διαδρομές μέσα στο υλικό. Με τη βοήθεια προσεκτικά συγχρονισμένων παλμών ακτινοβολίας τεραχέρτζ, η ομάδα κατάφερε όχι μόνο να παρατηρήσει το φαινόμενο αλλά και να το αξιοποιήσει για να κωδικοποιήσει, να αποθηκεύσει και να ανακτήσει πληροφορίες σε κβαντικό επίπεδο.
Η σημασία της ανακάλυψης δεν περιορίζεται στη θεωρητική κατανόηση της υπεραγωγιμότητας. Ανοίγει νέους δρόμους για την αξιοποίηση της κβαντικής συνοχής, μιας ιδιότητας κρίσιμης για την ανάπτυξη πρακτικών κβαντικών υπολογιστών. Η δυνατότητα ελέγχου και χειρισμού αυτών των «κβαντικών ηχώ» θα μπορούσε να προσφέρει καινοτόμες μεθόδους επεξεργασίας δεδομένων και προηγμένα εργαλεία για τεχνολογίες κβαντικής ανίχνευσης.
Ο Wang τόνισε ότι η κατανόηση αυτών των μηχανισμών μας φέρνει πιο κοντά σε λειτουργικές εφαρμογές της κβαντικής πληροφορικής. Με πιο απλά λόγια, πρόκειται για ένα ακόμα βήμα που ενισχύει την προοπτική να περάσουμε από τα εργαστηριακά πειράματα στην πραγματική αξιοποίηση κβαντικών συστημάτων.
Αν και η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο, τα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά. Η ικανότητα δημιουργίας και αξιοποίησης «κβαντικών ηχώ» σε υπεραγωγούς μπορεί να οδηγήσει σε συστήματα που θα αποθηκεύουν πληροφορίες με τρόπο πιο αποδοτικό και ασφαλή, ενώ παράλληλα θα επιτρέπουν την ανάπτυξη νέων μεθόδων αισθητήρων ακριβείας.
[via]
