Устройство, используемое в данной работе. Квадратная структура ближе к центру — это сверхпроводящая цепь, а красная точка в центре соответствует связи с движением мембраны. Сотовая структура используется для изоляции движения мембраны, которое происходит в основном в положении красной точки от рамы, к которой она прикреплена. Предоставлено: Институт Нильса Бора.

Квантовый барабан теперь подключен к блоку считывания.

В качестве первого шага команда исследователей объединила мембрану со сверхпроводящей микроволновой схемой, которая позволяет получать точные показания с мембраны. То есть он стал «подключенным», как это требуется практически для любого приложения. Благодаря этому развитию мембрана может быть подключена к различным другим устройствам, обрабатывающим или передающим квантовую информацию.

Охлаждение системы квантового барабана для достижения основного квантового состояния

Поскольку температура окружающей среды определяет уровень случайных сил, возмущающих мембрану, необходимо достичь достаточно низкой температуры, чтобы предотвратить вымывание квантового состояния движения. Исследователи достигают этого с помощью холодильника на основе гелия. Затем с помощью микроволновой схемы они могут управлять квантовым состоянием движения мембраны. В своей недавней работе исследователи смогли подготовить мембрану в основном квантовом состоянии, что означает, что в ее движении преобладают квантовые флуктуации. Квантовое основное состояние соответствует эффективной температуре на 0,00005 градуса выше абсолютного нуля, что составляет -273,15 ° C.

Применений для подключенной квантовой мембраны много.

Можно использовать слегка модифицированную версию этой системы, которая может ощущать силы как микроволновых, так и оптических сигналов, для создания квантового преобразователя от микроволнового излучения к оптическому. Квантовая информация может передаваться при комнатной температурев оптических волокнах на километры без возмущений. С другой стороны, информация обычно обрабатывается внутри охлаждающего устройства, способного достигать достаточно низких температур для работы сверхпроводящих цепей, таких как мембрана. Таким образом, соединение этих двух систем — сверхпроводящих цепей с оптическими волокнами — может позволить создать квантовый интернет: несколько квантовых компьютеров, соединенных вместе оптическими волокнами. Никакие компьютеры не имеют бесконечного пространства, поэтому возможность распределения вычислительных мощностей между подключенными квантовыми компьютерами значительно увеличила бы возможности решения сложных задач.

Гравитацию — недостаточно хорошо изученную в квантовой механике, но очень важную — теперь можно исследовать

Роль гравитации в квантовом режиме — фундаментальный вопрос физики, на который пока нет ответа. Это еще одно место, где продемонстрированное здесь высокое время когерентности мембран может быть использовано для изучения. Одна из гипотез в этой области состоит в том, что гравитация может со временем разрушить некоторые квантовые состояния. С устройством размером с мембрану такие гипотезы могут быть проверены в будущем.