Революционное открытие, сделанное объединенной командой ученых из Nordita, KTH и Google Quantum AI, проливает свет на ранее недооцененное взаимодействие между гравитацией и квантовыми системами. Исследование, опубликованное 7 января в журнале Physical Review A под заголовком "Quantum sensing from gravity as a universal dephasing channel for qubits", демонстрирует, что даже слабые гравитационные поля, существующие вблизи поверхности Земли, способны оказывать измеримое влияние на производительность квантовых вычислительных устройств, в частности, на кубиты.
Центральным элементом исследования является эффект «дефазировки» кубитов, вызванный гравитацией. Кубиты, фундаментальные единицы квантовой информации, чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям. Исследователи обнаружили, что разница в высоте между кубитами в квантовой системе приводит к незначительным сдвигам в их энергетических уровнях. Эти сдвиги, обусловленные гравитационным потенциалом, проявляются как дефазировка – потеря квантовой когерентности, необходимой для выполнения квантовых вычислений.
Уникальность открытия заключается в том, что эффект дефазировки усиливается в ансамблях кубитов, таких как те, которые используются в чипе Sycamore от Google. Это означает, что влияние гравитации становится более выраженным и легче поддается измерению, открывая новые возможности для использования кубитов в качестве высокоточных гравитационных сенсоров.
Принципиальное отличие гравитации от других внешних факторов заключается в ее непроницаемости. В отличие от электромагнитных полей, которые можно экранировать, гравитация пронизывает все, оказывая постоянное и неизбежное влияние на квантовые системы. Это свойство делает кубиты особенно перспективными для гравитационного зондирования, поскольку они могут обнаруживать малейшие изменения в гравитационном поле.
Потенциальные применения этого открытия простираются далеко за рамки фундаментальной физики. Одним из наиболее захватывающих направлений является создание систем навигации, не зависящих от GPS. Используя кубиты в качестве гравитационных сенсоров, можно разработать устройства, которые точно определяют местоположение, отслеживая малейшие изменения в гравитационном поле Земли.
Более того, исследование открывает новые горизонты в области квантовых технологий, включая разработку инновационных фотонных детекторов, датчиков магнитного поля и датчиков деформации. Квантовые материалы, лежащие в основе этих инноваций, становятся краеугольным камнем будущих квантовых технологий.
Роль Швеции в этих прорывных исследованиях заслуживает особого внимания. Благодаря совместным усилиям Nordita, KTH и таких организаций, как WACQT (Wallenberg Centre for Quantum Technology) и Novo Nordisk Quantum Computing Center, страна позиционирует себя как один из ведущих мировых центров квантовых вычислений и приложений. Лидерство профессора Александра Балацкого из Nordita и KTH, а также Пэдрама Рушана, руководителя проекта Google Quantum AI, в этом исследовании подчеркивает международное сотрудничество и передовые знания, необходимые для продвижения квантовой науки. Исследователи Патрик Вонг и Йорг Шалтеггер, также работающие в Nordita, внесли ценный вклад в данное исследование.
Открытие влияния гравитации на кубиты не только расширяет наше понимание квантового мира, но и открывает путь к созданию новых технологий, которые могут изменить многие аспекты нашей жизни. Квантовые гравитационные сенсоры, разработанные на основе этих принципов, могут найти применение в самых разных областях, от навигации и геологии до медицины и фундаментальных исследований. Будущее квантовой технологии, несомненно, будет формироваться под влиянием гравитации.
Профессор Йонас Вайссенридер из KTH, занимающийся физикой материалов, также подчеркивает важность этого открытия для развития новых квантовых материалов и устройств. Изучение взаимодействия между гравитацией и квантовыми системами стимулирует разработку новых материалов с уникальными свойствами, которые могут быть использованы для создания более эффективных и чувствительных квантовых сенсоров.
Изображение носит иллюстративный характер
Центральным элементом исследования является эффект «дефазировки» кубитов, вызванный гравитацией. Кубиты, фундаментальные единицы квантовой информации, чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям. Исследователи обнаружили, что разница в высоте между кубитами в квантовой системе приводит к незначительным сдвигам в их энергетических уровнях. Эти сдвиги, обусловленные гравитационным потенциалом, проявляются как дефазировка – потеря квантовой когерентности, необходимой для выполнения квантовых вычислений.
Уникальность открытия заключается в том, что эффект дефазировки усиливается в ансамблях кубитов, таких как те, которые используются в чипе Sycamore от Google. Это означает, что влияние гравитации становится более выраженным и легче поддается измерению, открывая новые возможности для использования кубитов в качестве высокоточных гравитационных сенсоров.
Принципиальное отличие гравитации от других внешних факторов заключается в ее непроницаемости. В отличие от электромагнитных полей, которые можно экранировать, гравитация пронизывает все, оказывая постоянное и неизбежное влияние на квантовые системы. Это свойство делает кубиты особенно перспективными для гравитационного зондирования, поскольку они могут обнаруживать малейшие изменения в гравитационном поле.
Потенциальные применения этого открытия простираются далеко за рамки фундаментальной физики. Одним из наиболее захватывающих направлений является создание систем навигации, не зависящих от GPS. Используя кубиты в качестве гравитационных сенсоров, можно разработать устройства, которые точно определяют местоположение, отслеживая малейшие изменения в гравитационном поле Земли.
Более того, исследование открывает новые горизонты в области квантовых технологий, включая разработку инновационных фотонных детекторов, датчиков магнитного поля и датчиков деформации. Квантовые материалы, лежащие в основе этих инноваций, становятся краеугольным камнем будущих квантовых технологий.
Роль Швеции в этих прорывных исследованиях заслуживает особого внимания. Благодаря совместным усилиям Nordita, KTH и таких организаций, как WACQT (Wallenberg Centre for Quantum Technology) и Novo Nordisk Quantum Computing Center, страна позиционирует себя как один из ведущих мировых центров квантовых вычислений и приложений. Лидерство профессора Александра Балацкого из Nordita и KTH, а также Пэдрама Рушана, руководителя проекта Google Quantum AI, в этом исследовании подчеркивает международное сотрудничество и передовые знания, необходимые для продвижения квантовой науки. Исследователи Патрик Вонг и Йорг Шалтеггер, также работающие в Nordita, внесли ценный вклад в данное исследование.
Открытие влияния гравитации на кубиты не только расширяет наше понимание квантового мира, но и открывает путь к созданию новых технологий, которые могут изменить многие аспекты нашей жизни. Квантовые гравитационные сенсоры, разработанные на основе этих принципов, могут найти применение в самых разных областях, от навигации и геологии до медицины и фундаментальных исследований. Будущее квантовой технологии, несомненно, будет формироваться под влиянием гравитации.
Профессор Йонас Вайссенридер из KTH, занимающийся физикой материалов, также подчеркивает важность этого открытия для развития новых квантовых материалов и устройств. Изучение взаимодействия между гравитацией и квантовыми системами стимулирует разработку новых материалов с уникальными свойствами, которые могут быть использованы для создания более эффективных и чувствительных квантовых сенсоров.
