«Мы хотели узнать об отношениях и взаимодействии между светом и материей», — сказал профессор Денис Константинов, автор и руководитель отдела квантовой динамики OIST. «Под светом мы подразумеваем электромагнитные поля: радиоволны, микроволны или свет. Все они описываются одними и теми же законами физики.
Под материей мы подразумеваем совокупность крошечных частиц, таких как атомы или электроны».В частности, команда была заинтересована в сильной связи во взаимодействиях легкой материи, когда существует большое количество частиц, составляющих материю.
Сильная связь — это когда и свет, и материя подвергаются взаимодействию. В большинстве случаев свет не влияет на свет, когда свет и материя взаимодействуют. Например, на лодку в океане влияют волны, но на океан ее присутствие не влияет.
Сильная связь интересна тем, что и лодка (материя), и волны (свет) сильно зависят от взаимодействия друг с другом. Обычно это считается квантовым эффектом. Однако исследователи хотели исследовать границу между квантовым и классическим мирами.
«Все согласны с тем, что если у вас есть коллекция из большого количества квантовых частиц, это классика, а если у вас есть свет, захваченный в полости, это тоже классика», — сказал Константинов. «Но затем, если мы соединим их вместе и прочно соединим их, это каким-то образом станет квантовым. Нам это показалось не совсем правильным».Чтобы увидеть, можно ли классически объяснить этот тип сильной связи, исследователи собрали от десятков до сотен миллионов электронов на поверхности жидкого гелия, существующего при очень низких температурах.
Затем они поместили электроны в полость, содержащую электромагнитные микроволны. Оттуда электроны и волны могли взаимодействовать, и команда наблюдала изменения как в электронах, так и в электромагнитных волнах.«Мы видели сильные изменения в частоте электромагнитных волн, когда они взаимодействовали с электронами, а также сильные изменения в активности электронов», — сказал Константинов. «Это признак сильной связи».
Оттуда они успешно создали классическую модель, описывающую явление сильной связи, которое они наблюдали экспериментально. Это означало, что сильная связь с большим количеством частиц может быть отнесена к классическому миру, а не к квантовому миру, как считалось ранее.«Переход от квантового мира к классическому поведению не совсем ясен.
Но в этом случае мы показали, где заканчивается квант и начинается классическое», — сказал Константинов. «Однако, хотя эта сильная связь сама по себе является классической, это не означает, что ничто не является квантовым. Вы можете привести эту систему в квантовый режим, введя нелинейность, как кубит».
Кубиты — это единицы квантовой информации, которые являются неотъемлемой частью квантовых вычислений, потому что они существуют в суперпозиции двух состояний и могут содержать гораздо больший объем информации по сравнению с обычным битом, используемым в обычных компьютерах. Понимание сильной связи и их связи с кубитами может иметь важное значение для развития квантовых вычислений.
«Сильная связь очень важна для квантовых вычислений», — сказал Константинов. «Если у вас есть сильная связь, вы можете обмениваться квантовой информацией между кубитами, светом и частицами, которые могут служить квантовой памятью».