Jujur, sampai saat ini, saya berpikir bahwa kami agak lebih dekat untuk menciptakan komputer kuantum dan komputasi kuantum sistem nyata. Ternyata sementara ini lebih seperti menghitung bentuk kuda bulat dalam ruang hampa. Selain itu, terlepas dari kenyataan bahwa bentuk "kuda" seperti itu sudah diketahui sejak awal, terkadang hasilnya adalah sesuatu di antara "kubus" dan "ubur-ubur". Dan baru sekarang fisikawan perlahan mulai mendekati sesuatu yang benar-benar terlihat seperti kenyataan.
Saya tercerahkan tentang kemungkinan nyata perhitungan mekanika kuantum oleh kepala Laboratorium Metamaterial Superkonduktor dari NUST MISiS, Profesor Aleksey Ustinov, dengan siapa kami berbicara tentang penerbitan
artikel dengan partisipasinya dalam Nature Communcations. Ternyata dalam sistem kuantum tidak mungkin untuk secara tepat memperkenalkan kehilangan energi. Tetapi mereka, dan fakta ini, yang menonjol dalam semua bukti, tidak dapat diabaikan tanpa batas. Selain itu, mereka selalu ada - setiap pengukuran sistem kuantum mengarah pada perubahannya dan, sebagai konsekuensinya, pertukaran energi dengan lingkungan. Artinya, setiap sistem kuantum terbuka. Dan bagaimana mungkin seseorang tidak memperhitungkan kerugian?
Namun demikian, dengan penemuan-penemuan yang licik, fisikawan telah menemukan beberapa opsi untuk bagaimana kehilangan energi selama interaksi kuantum cahaya dan materi tidak diperhitungkan. Pertama-tama, mereka ingat bahwa hampir semua zat terdiri dari atom-atom yang saling berinteraksi satu sama lain. Cukup sering, atom yang sama ini membentuk ikatan yang cukup kuat satu sama lain dan berkumpul menjadi molekul. Tetapi pertimbangan terakhir tidak begitu penting bagi kami karena fakta bahwa ikatan baru terbentuk antara atom - molekul. Dan panjang koneksi ini bervariasi dengan periodisitas tertentu. Dengan demikian, sistem dua atom dapat secara matematis digambarkan sebagai osilator harmonik. Dengan seperangkat osilator harmonik itulah materi direpresentasikan dalam mekanika kuantum.
Lulus berikutnya dengan tangan saya mirip dengan apa yang dilakukan anak perempuan tertua saya secara berkala ketika memecahkan masalah geometri, dengan mengatakan: "Biarkan sudut ini menjadi 30 derajat." Asumsi "Biarkan kekuatan interaksi kuantum cahaya dan suatu zat menjadi kecil diabaikan" terdengar kurang lebih sama. Lebih curam hanyalah kredo dari para kuantis modern - persamaan Schrödinger, yang dengan sendirinya tidak disimpulkan, tetapi didalilkan. Namun demikian, permainan pikiran semacam itu memungkinkan untuk menggambarkan proses yang terjadi dalam sistem mekanika kuantum. Kata kunci di sini, tentu saja, adalah "entah bagaimana." Definisi ini juga mencakup model James-Cummings, yang menggambarkan interaksi hanya satu, dan bahkan kemudian atom dua tingkat dengan satu osilator di bawah kondisi sistem yang sangat terbatas.
Tampaknya, apa masalahnya? Karena ada interaksi, kita harus memperhitungkannya. Tetapi bahkan untuk "kuda bulat dalam ruang hampa" yang dijelaskan di atas, persamaan Schrödinger yang sangat ini, yang, pada kenyataannya, mencoba menggambarkan struktur atom, dapat diselesaikan hanya untuk sistem "satu proton - satu elektron". Yang lainnya hanyalah perkiraan. Namun demikian, saya ingin memahami secara rinci apa yang terjadi pada laser yang sama, misalnya. Ini jika itu berbicara tentang kuantum yang damai. Selain itu, kesalahpahaman tentang sifat dasar sistem kuantum dapat menyebabkan kompromi saluran komunikasi berdasarkan metode kriptografi kuantum. Dan argumen paranoid ini berasal dari gudang militer.
Meskipun, mari kita bicara tentang teknologi damai. Proses kuantum yang paling damai adalah fotosintesis. Sebenarnya, itu menjadi mekanisme yang coba dipahami oleh fisikawan kuantum. Sekali lagi, sementara pada model paling sederhana - atom dua tingkat dan satu mode. Tetapi sudah memperhitungkan interaksi yang kuat antara cahaya dan materi, yaitu sekitar 60% dari tingkat energi. Seperti yang kita ingat, untuk kasus-kasus ketika kekuatan interaksi antara cahaya dan materi besar, tidak ada metode perhitungan. Oleh karena itu, pemodelan datang untuk menyelamatkan, yang disebut simulasi kuantum. Menggunakan sirkuit superkonduktor, para ilmuwan telah menciptakan model di mana Anda dapat melihat bagaimana interaksi yang kuat muncul. Anda dapat melacaknya karena beberapa jenis kejadian atau, dalam istilah ilmiah, ketukan - ini bukan hanya ketika osilator berosilasi dengan periode tertentu, tetapi juga ketika besarnya (amplitudo) dari osilasi osilasi mulai berosilasi dengan periodenya (lihat gambar di bawah). Ketukan ini dapat diperbaiki dalam percobaan.
Anda bertanya, bagaimana diketahui bahwa ketukan seharusnya muncul di sana? Sistem sederhana seperti itu, ketika sebuah partikel hanya dapat melakukan satu transisi energi antar level, masih dapat dihitung pada komputer. Sesuatu yang lebih rumit hampir mustahil. Hanya dengan pena untuk merakit sistem qubit, dinginkan mereka hingga ratusan Kelvin dan lakukan pengukuran. Jadi ruang bawah tanah NUST "MISiS" terus berubah secara berkala menjadi tempat terdingin di Moskow.