Los investigadores utilizaron un procesador cuántico para hacer que los fotones de microondas fueran inusualmente pegajosos. Los persuadieron para que se agruparan en estados unidos, y luego descubrieron que estos grupos de fotones sobrevivieron en un sistema en el que se esperaba que decayeran a su estado solitario habitual. El descubrimiento se realizó por primera vez en un procesador cuántico, lo que indica el papel cada vez mayor que desempeñan estas plataformas en el estudio de la dinámica cuántica.

Los fotones, paquetes cuánticos de radiación electromagnética como la luz o las microondas, normalmente no interactúan entre sí. Por ejemplo, dos haces de luz de linterna cruzados se atraviesan sin perturbaciones. Pero en un grupo de qubits superconductores, los fotones de microondas pueden interactuar.

en una fuerte formación países restringidos de la interacción de los fotones” publicado hoy en naturalezaEn este artículo, los investigadores de Google Quantum AI describen cómo diseñaron esta situación inusual. Estudiaron un episodio de 24 qubits superconductores puede albergar fotones de microondas. Al aplicar puertas cuánticas a pares de qubits adyacentes, los fotones pueden viajar saltando entre ubicaciones vecinas e interactuando con fotones cercanos.

Las interacciones entre los fotones afectaron la llamada “fase”. La etapa rastrea la fluctuación de la función de onda del fotón. Cuando los fotones no interactúan, su acumulación de fase no es interesante. Como un coro bien ensayado, todos están sincronizados entre sí. En este caso, un fotón que inicialmente estaba junto a otro fotón puede alejarse de su vecino sin perder la sincronización.

Así como todos en un coro contribuyen a una canción, cada camino posible que puede tomar un fotón contribuye a la función de onda general del fotón. Un grupo de fotones inicialmente reunidos en sitios adyacentes se convertirá en una superposición de todos los caminos posibles que podría tomar cada fotón.

Cuando los fotones interactúan con sus vecinos, este ya no es el caso. Si alguien Fotón Se aleja de su vecino, la tasa de acumulación de fase cambia y se desincroniza con sus vecinos. Todos los caminos a lo largo de los cuales se dividen los fotones se superponen, creando una interferencia destructiva. Sería como si cada miembro del coro estuviera cantando a su propio ritmo: la canción se desvanece y se vuelve imposible distinguirla a través del ruido de los cantantes individuales.

De todas las vías de configuración posibles, el único escenario posible que ha sobrevivido es una configuración en la que todos los fotones permanecen agrupados en un estado ligado. Esta es la razón por la que la interacción puede mejorar y conducir a la formación de un estado ligado: suprimiendo todas las demás posibilidades en las que los fotones no están ligados entre sí.

Para demostrar que los estados ligados se comportaron como las partículas, con cantidades bien definidas como la energía y el momento, los investigadores desarrollaron nuevas técnicas para medir cómo cambia la energía de las partículas con el momento. Al analizar cómo varían las correlaciones entre los fotones con el tiempo y el espacio, pudieron reconstruir la llamada “relación de dispersión de energía-momento”, lo que confirma la naturaleza de partículas de los estados asociados.

La existencia de estados ligados en sí mismos no era nada nuevo: en un sistema llamado “régimen integrable”, donde la dinámica es mucho menos compleja, los estados ligados ya se predijeron y observaron hace diez años.

Pero más allá de la integración, reina el caos. Antes de esta experiencia, se suponía razonablemente que los estados vinculados colapsarían en el caos. Para probar esto, los investigadores llevaron la integración más allá al modificar la geometría de bucle simple en una red más compleja en forma de engranaje de qubits conectados. Se sorprendieron al descubrir que los estados restringidos continuaron con el sistema caótico.

El equipo de Google Quantum AI aún no está seguro de dónde derivan estos estados unidos su resistencia inesperada, pero podría tener algo que ver con un fenómeno llamado “pretermalización”, donde las escalas de energía incompatibles en un sistema pueden evitar que el sistema alcance el equilibrio térmico rápidamente. Como si fuera de otra manera.

Los investigadores esperan que la investigación de este sistema conduzca a nuevos conocimientos sobre muchos cuerpos. Dinámica cuántica y para inspirar nuevos descubrimientos de física fundamental utilizando procesadores cuánticos.