Kwantowy świat jest fascynujący. Ta cząstka pamięta swoją własną przeszłość

Co i rusz słyszymy o kolejnych istotnych postępach w rozwoju komputerów kwantowych. Wiemy, że są one zdolne do rozwiązywania określonych zadań, które superkomputerom zajęłyby całe dekady czy stulecia, w ciągu zaledwie kilku minut. Jak się jednak okazuje, komputery kwantowe mogą nam także coś powiedzieć o otaczającej nas rzeczywistości, która — jak się okazuje — jest dziwniejsza, niż może nam się wydawać.
Kwantowy świat jest fascynujący. Ta cząstka pamięta swoją własną przeszłość

Jak donoszą fizycy teoretyczni z firmy Quantinuum zajmującej się obliczeniami kwantowymi, właśnie udało się im stworzyć osobliwą cząstkę, która pamięta swoją własną przeszłość. Choć sama cząstka powstała wewnątrz komputera kwantowego, możliwe, że pozwoli nam dokładniej przyjrzeć się procesom zachodzącym w świecie kwantowym.

Nieabelowe eniony, to kwazicząstki, które są w stanie zapamiętać swoje poprzednie położenie, gdy zamieni się je miejscami. Aby zrozumieć, o co tak naprawdę tutaj chodzi, warto porównać sytuację do gry polegającej na próbie odgadnięcia, pod którym z trzech kubków znajduje się moneta, po tym jak sprawne dłonie wielokrotnie zamieniły trzy jednakowe kubki miejscami. Jeżeli teraz zamiast kubków będziemy mieli trzy identyczne cząstki, które zamienimy miejscami dowolną liczbę razy, nie śledząc zmian ich położenia, nie będziemy w stanie ustalić, która cząstka jest którą i w jakim miejscu się znajduje. W fizyce kwantowej mówi się, że takie cząstki są abelowe, tj. nie można ich od siebie odróżnić, więc ich ułożenie nie ma znaczenia.

Cząstki nieabelowe są — jak się można spodziewać — ich przeciwieństwem. Każda zmiana ich położenia sprawia, że są one coraz bardziej ze sobą splątane, co prowadzi do zmiany ich wibracji kwantowych, które są widoczne nawet wtedy, gdy cząstki zostaną zamienione miejscami.

W świecie komputerów kwantowych eniony nieabelowe posiadają fascynujące właściwości. Naukowcy bowiem próbują zaszyfrować informacje w układzie kwantowym nie tyle w samych kubitach, a raczej w tym jak one są względem siebie ułożone. Dotychczas fizycy pracujący nad komputerami kwantowymi łączyli ze sobą cząsteczki abelowe. Problem jednak w tym, że takich cząstek nie da się od siebie odróżnić. To z kolei oznacza, że potrzeba sporej mocy obliczeniowej, aby przypadkiem nie pomylić ze sobą poszczególnych kubitów.

Aby usunąć to istotne ograniczenie, naukowcy z Quantinuum opracowali H2, zupełnie nowy komputer kwantowy, który wykorzystywał jako kubity jony baru i iterbu uwięzione w polu magnetycznym, a następnie dostrojone za pomocą laserów.

Plącząc je ze sobą w swoiste łańcuchy, naukowcy sprawili, że uzyskały one właściwości identyczne z teoretycznymi enionami nieabelowymi. Teraz badacze przekonują, że będzie można je wykorzystać do budowy bardziej zaawansowanych eksperymentów mających na celu zajrzenie głębiej w zjawiska kwantowe wynikające z wielkoskalowego splątania kwantowego.