Het is opnieuw een topjaar geweest voor de kwantumwetenschap en -technologie, waarbij academische onderzoeksgroepen en technologiebedrijven belangrijke prestaties op het gebied van kwantumcomputing, kwantumcommunicatie en kwantummetrologie en fundamentele kwantumwetenschap vieren. Drie van deze ontwikkelingen: een kwantumrepeater die kwantuminformatie over een afstand van 50 km verzendt; een dubbelspletenexperiment in de tijd; en een simulatie van een uitdijend heelal in een Bose-Einstein-condensaat – verscheen in onze lijst met de top 10 doorbraken van het jaar, maar omdat er zoveel spannende dingen gebeuren, kunnen we het niet laten om er nog een paar te vieren. Hier volgen, in willekeurige volgorde, enkele hoogtepunten.

De hardwarepunten verbinden

Sommige innovaties haalden meteen het nieuws. Anderen leggen de basis voor toekomstige doorbraken. In mei, Johannes Fink en collega's van het Instituut voor Wetenschap en Technologie Oostenrijk claimden een plaats in de tweede groep het demonstreren van een protocol voor het verstrengelen van microgolf- en optische fotonen. Dit is belangrijk omdat de supergeleidende circuits waaruit veel van de meest geavanceerde kwantumcomputers bestaan, op microgolffrequenties werken, maar de vezels en andere apparatuur die wordt gebruikt om informatie over lange afstanden te verzenden, werken op optische frequenties. Als we een netwerk van veel kwantumcomputers willen bouwen en ze met elkaar willen laten praten, hebben we dus sterke, betrouwbare kwantumverbindingen tussen deze twee frequenties nodig.

Nu Fink en zijn team hebben aangetoond dat dergelijke verbindingen mogelijk zijn, zien de vooruitzichten voor kwantumnetwerken op basis van supergeleidende qubits er rooskleuriger uit, hoewel het protocol nog moet worden verfijnd. Zoals een onafhankelijke deskundige opmerkte: “We moeten niet denken dat dit alles nu gemakkelijk maakt – het is nog maar het begin, maar dat doet niets af aan de kwaliteit van het experiment.”

Een soortgelijke langzame opmars vond plaats in augustus, toen onderzoekers binnenkwamen De groep van John Bowers aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara, plaats een laser en een fotonische golfgeleider op dezelfde chip Voor de eerste keer. Geïntegreerde fotonische systemen zoals deze zullen cruciaal zijn voor het opschalen van kwantumcomputers op basis van gevangen ionen of atomen, maar lasers en golfgeleiders hebben niet altijd goed samengewerkt. Concreet: wanneer licht van een laser een golfgeleider binnenkomt, wordt een deel ervan gereflecteerd, en als dit gereflecteerde licht terugkeert naar de laser, wordt de output van de laser onstabiel. Door een chip te ontwerpen die deze ongewenste interacties vermijdt, hebben Bowers en collega's het werk van toekomstige kwantumhardwareontwerpers veel eenvoudiger gemaakt.

Mijlpalen in de kwantummetrologie

In het jaar de eerste commerciële optische atoomklok ging in de verkoophebben kwantummetrologen ook een prestatie neergezet aan de andere kant van de schaal van technologiegereedheid. Net zoals optische klokken nauwkeuriger zijn dan hun voorgangers op microgolffrequentie, zouden klokken die elke keer dat een atoomkern een energietransitie ondergaat ‘tikken’ nog nauwkeuriger zijn. Ze zouden zelfs nauwkeurig genoeg kunnen zijn om fundamentele constanten vast te stellen tijdens het fluctueren op zeer korte tijdschalen, wat in strijd zou zijn met het standaardmodel van de deeltjesfysica.

Het probleem is dat niemand de frequenties van deze nucleaire overgangen goed genoeg kent om ze met een laser aan te sturen. Maar in juni kwamen natuurkundigen van CERN dichter bij het uitvinden wanneer dat zou gebeuren detecteerde een foton uitgezonden door een thorium-229-ion toen het terugkeerde naar zijn nucleaire grondtoestand. Hoewel er nog veel werk moet worden verzet, is het resultaat niettemin een stap in de richting van de volgende generatie ultranauwkeurige tijdwaarneming.

Ondertussen hebben natuurkundigen van de Universiteit van Colorado, Boulder, VS, een mijlpaal neergezet in hun zoektocht naar meet het elektron-elektrische dipoolmoment (eEDM) naar steeds grotere precisie. Een waarde van deze hoeveelheid die niet nul is, zou in strijd zijn met het standaardmodel, en in augustus werd een team geleid door juni Ye en Erik Kornel aangekondigd dat de eEDM kleiner moet zijn dan 4.1 x 10^-30 e cm, met een onzekerheid van 2.1×10^-30 – een precisie die gelijkwaardig is aan het meten van de aarde tot binnen de afmetingen van een virus.

De opkomst van effectieve kwantumfoutcorrectie

Fouten zijn de vloek van kwantumcomputers, en het demonstreren van manieren om deze te corrigeren is een belangrijk doel van onderzoek naar kwantumcomputers. In 2023 begonnen deze inspanningen vruchten af ​​te werpen. In februari maakten onderzoekers van Google Quantum AI bekend dat dit het geval was onderdrukte fouten in hun supergeleidende qubit-apparaat door een oppervlaktecode te implementeren. Dit type kwantumfoutcorrectiecode codeert voor een logische (dat wil zeggen foutgecorrigeerde) qubit in de gezamenlijke verstrengelde toestand van veel fysieke qubits. De volgende maand kwam een ​​team van Yale universiteit in de VS een andere benadering van hetzelfde probleem lieten zien, met behulp van een qubit-codering, een zogenaamde GKP-code, om fouten te onderdrukken met behulp van aanvullende informatie ingebed in supergeleidende transmon-qubits.

Het meest indrukwekkende foutcorrectieresultaat van het jaar kwam echter pas een paar weken geleden Mikhail Lukin en collega's van Harvard University, QuEra Computing, het Massachusetts Institute of Technology en het NIST/University of Maryland Joint Center for Quantum Information and Computer Science gerapporteerd dat ze een array van 48 logische qubits hadden gemaakt met behulp van neutrale atomen.

Zelfs vóór deze aankondiging zag 2023 eruit als een doorbraakjaar voor kwantumcomputers met neutrale atomen, wat dat ook is even hebben na een lange periode achter apparaten aan te lopen die supergeleidende circuits of gevangen ionen als qubits gebruiken. Zal 2024 het jaar zijn waarin ze een sprong voorwaarts maken? Of zullen hun rivalen nieuwe voordelen vinden om te exploiteren? Bekijk deze ruimte!

Het beste van de rest

Ten slotte vallen enkele van de kwantumprestaties van 2023 op door hun pure vindingrijkheid. Dit jaar zag de eerste observatie van kwantumsuperchemie, wat optreedt wanneer chemische reacties versnellen omdat de reagerende moleculen zich allemaal in dezelfde kwantumtoestand bevinden. Het was ook de eerste keer dat iemand het zag kwantumverstrengeling in top-quarks, die een levensduur van slechts 10 hebben^-25 seconden. Het meest ingenieuze kwantumresultaat van het jaar is echter ongetwijfeld de demonstratie van een motor die dat wel doet draait op het energieverschil tussen bosonen en fermionen. Als voorbeeld van de verbanden tussen klassieke en kwantumfysica kan het nauwelijks beter zijn.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/quantum-science-and-technology-highlights-of-2023/