Eu nunca imaginei que um artista me atualizasse sobre pesquisas de computação quântica.
No ano passado, o artista steampunk Bruce Rosenbaum me encaminhou uma notificação sobre um Artigo de notícias publicado em Ciência. O artigo relatado em um experimento realizado no laboratório do físico Yiwen Chu na ETH Zurique. Os experimentalistas construíram um “qubit mecânico”: eles armazenavam uma unidade básica de informações quânticas em um dispositivo mecânico que vibra como uma cabeça de bateria. O artigo chamou o dispositivo de “steampunk qubit”.
Eu estava colaborando com Bruce em uma escultura quântica-Steampunke ele perguntou se deveríamos incorporar o qubit no design. Deixe para um projeto posterior, Eu aconselhei. Mas por que na Terra Verde de Deus você está recebendo atualizações por e -mail sobre computação quântica?
Meu feed de notícias me envia tudo o que diz “steampunk”. ele explicou. Portanto, manter uma contas no steampunk pode manter um atualizado sobre ciência e tecnologia quântica – como eu tenho sido pregando por anos.
Outras idéias deslocaram o Qubit de Chu em minha mente até que eu visitei a Universidade da Califórnia, Berkeley, em janeiro. Visitando Berkeley em janeiro, não se pode deixar de notar – talvez com um traço de presunção – a discrepância entre a temperatura lá e a temperatura em casa. E qual a melhor maneira de celebrar uma diferença de temperatura do que estudando um retrocesso ao estilo quântico-termodinâmica para o século XIX?
Em uma tarde ensolarada, aprendi que um dos meus anfitriões havia projetado outro qubit steampunk: Alp Sipahigilprofessor assistente de engenharia elétrica. Ele trabalhou na Caltech como um pós -doutorado na época Eu terminei meu doutorado lá. Dificilmente interagimos, mas comecei a aprender sobre seus experimentos na física atômica, molecular e óptica. ALP havia aprendido sobre meu trabalho até Fronteiras quânticascomo descobri em janeiro. Eu não tinha ideia de que ele “me conheceu” no weblog até que ele revelou tanto para o departamento de física de Berkeley, ao apresentar o Colóquio Eu estava prestes a apresentar.
ALP e colaboradores propuseram que um qubit poderia funcionar da seguinte maneira. Consiste em grande parte de um cantilever, que se assemelha a um pêndulo que balança de um lado para o outro. O cantilever, sendo quantum, pode ter apenas certas quantidades de energia. Quando o pêndulo tem uma quantidade específica de energia, dizemos que o pêndulo está em um nível de energia específico.
Pode-se esperar usar dois níveis de energia como um qubit: se o pêndulo estivesse em seu nível de energia mais baixo, o qubit estaria em seu estado 0; e o próximo nível mais alto representaria o 1 estado. Um pouco – uma unidade básica de informação clássica – tem 0 e 1 estados. Um qubit pode estar em uma superposição de 0 e 1 estados, e assim o cantilever poderia ser.
Uma falha prejudica esse plano, no entanto. Suponha que queremos processar as informações armazenadas no cantilever – por exemplo, para transformar um estado 0 em um estado 1. Injetaríamos quanta – pacotes de litthe – de energia no cantilever. Cada quantum conteria uma quantidade de energia igual a (a energia associada ao estado 1 do cantilever) – (a quantidade associada ao estado 0). Essa igualdade garantiria que o cantilever pudesse aceitar os pacotes de energia lançados nele.
Mas o cantilever não tem apenas dois níveis de energia; tem cargas. Pior, todas as lacunas de energia entre níveis são iguais. Por mais energia que o cantilever consome ao pular do nível 0 para o nível 1, consome tanto ao pular do nível 1 ao nível 2. Esse padrão continua ao longo do restante dos níveis. Think about iniciar o cantilever em seu nível 0 e, em seguida, tentando aumentar o cantilever em seu nível 1. Provavelmente teríamos sucesso; O cantilever provavelmente consumiria um quantum de energia. Mas nada impediria o cantilever de engolir mais quanta e subir para níveis mais altos de energia. O cantilever deixaria de servir como um qubit.
Podemos evitar esse problema, propôs a equipe da ALP, colocando um microscópio de força atômica perto do cantilever. Um microscópio de força atômica mapeia as superfícies de maneira semelhante à maneira como um usuário do Braille lê: alcançando uma mão e sentimento. A “mão” do microscópio é uma dica de dez nanômetros de diâmetro. Portanto, o microscópio pode parecer superfícies muito mais finas do que um usuário do Braille. Bumps em relevo em uma página forçar o dedo de um usuário do Braille para cima e para baixo. Da mesma forma, a ponta do microscópio se acumula para cima e para baixo devido a forças exercidas pelo objeto que está sendo digitalizado.
Think about colocar uma ponta de microscópio de modo que o cantilever oscila em direção a ele e depois para longe. O cantilever e a ponta exercerão forças um no outro, especialmente quando o cantilever oscila se fechar. Essa força altera os níveis de energia do cantilever. A equipe da ALP escolheu a localização da ponta, o comprimento do cantilever e outros parâmetros com cuidado. Sob as condições escolhidas, aumentar o cantilever do nível de energia 1 ao nível 2 custa mais energia do que aumentar de 0 a 1.
Think about, novamente, preparando o cantilever em seu estado 0 e injetando energia quanta. O cantilever devorará um quantum, subindo para o nível 1. O cantilever permanecerá lá, conforme desejado: para subir para o nível 2, o cantilever teria que devorar um quantum de energia maior, que não fornecemos.1
O ALP construirá o qubit mecânico proposto por ele e seus colaboradores? Sim, ele confidenciou, se adquirir um aluno de maluco o suficiente para experimentar o experimento. Pois quando ele o faz – depois que o aluno lutou pelo projeto como um dirigível através de um furacão, mas finalmente triunfou, e um diário está se preparando para publicar sua magnum opus, e eles estão discutindo sobre as obras de arte para representar seu experimento na capa da revista – sei apenas a estética para fazer justiça ao projeto.
1A equipe de Chu alterou os níveis de energia de seus cantilever usando um qubit supercondutorem vez de um microscópio de força atômica.
