Verden af kvantefysik oplever en anden revolution, der vil drive et eksponentielt spring i udviklingen af computing, internettet, telekommunikation, cybersikkerhed og biomedicin.
Kvanteteknologier tiltrækker flere og flere studerende, der ønsker at lære om koncepter fra den subatomiske verden – såsom kvanteforvikling eller kvantesuperposition – for at udforske det innovative potentiale i kvantevidenskab.
Faktisk er det at forstå den ikke-intuitive karakter af kvanteteknologikoncepter og anerkende deres relevans for teknologiske fremskridt en af udfordringerne i 2025, erklæret det internationale år for kvantevidenskab og teknologi af UNESCO.
Nu har et team fra Fakultet for fysik ved University of Barcelona designet nyt eksperimentelt udstyr, der gør det muligt for studerende at gøre sig bekendt med de mere komplekse begreber om kvantefysik.
Den konfiguration, de præsenterer-verssat, omkostningseffektiv og med flere anvendelsesmetoder i klasseværelset-er allerede operationel i det avancerede kvantelaboratorium på UB’s fakultet for fysik og kan også være tilgængeligt i mindre specialiserede centre.
Denne innovation præsenteres i en artikel, der er offentliggjort i tidsskriftet EPJ Quantum Technologyder er resultatet af et samarbejde mellem professorer Bruno Juliá fra Institut for Kvantfysik og Astrofysik og UB Institute of Cosmos Sciences (ICCUB); Martí Duocastella fra Institut for Applied Physics and the UB Institute of Nanoscience and Nanotechnology (IN2UB) og José M. Gómez fra Institut for Elektronisk og Biomedicinsk teknik.
Det er baseret på resultatet af Raúl Lahoz’s Master’s Final Project med deltagelse af eksperter Lidia Lozano og Adrià Brú.
Undersøgelse af fænomener unikke for kvantemekanik
Kvantemekanik gør det muligt at oprette såkaldte sammenfiltrede systemer-for eksempel med to partikler eller to fotoner-der opfører sig på en ikke-intuitiv måde.
I 1964 beviste fysikeren John S. Bell eksperimentelt, at forudsigelserne om kvantemekanik var fuldstændig uforenelig med en klassisk beskrivelse af fysik – en hypotese, der var blevet forfulgt af Albert Einstein – og konsoliderede den sandsynlige karakter af kvantemekanik.
I 2022 blev forskere Alain Aspect, John F. Clauser og Anton Zeilinger tildelt Nobelprisen i fysik for banebrydende eksperimenter i kvanteinformation om sammenfiltrede fotoner og den eksperimentelle demonstration af overtrædelsen af Bells uligheder.
Kvanteforvikling er i dag en af de grundlæggende ressourcer til at drive udviklingen af kvanteteknologier (kvantecomputere, datakryptering osv.).
“Undersøgelsen af uligheder i klokke – især observerer overtrædelser af ulighederne – er grundlæggende for at karakterisere kvantetilbødede systemer. Det er vigtigt at være i stand til at udføre disse eksperimenter i et undervisningslaboratorium for at forstå Bells uligheder, kvanteforfatter og den sandsynlige karakter af Quantum Mechanics, “siger Juliá.
Duocastella forklarer i artiklen, at de har designet “nyt eksperimentelt udstyr, der er i stand til at give studerende direkte målinger af kvanteforviklinger. Fra vores perspektiv mener vi, at det at give studerende mulighed for at foretage disse målinger i høj grad vil lette deres forståelse af dette uintuitive fænomen.”
Introduktion af studerende til avancerede værktøjer
Systemet designet af UB-teamet gør det muligt at studere klokkeforhold og også udføre fuld to-foton-statstomografi. Med en simpel operation kan den forberede forskellige kvanteindfiltrede tilstande.
Sammenlignet med tidligere forslag har “Det nye udstyr forbedret fotonfangstprocessen: Det bruger detektorer samlet til optiske fibre, en af de vigtigste innovationer til at forenkle eksperimentet, hvilket letter tilpasningen af systemet og øger detektionens effektivitet. Således kan en komplet måling af klokken uligheder udføres under en praktisk laboratoriesession (mellem en og to timer), “siger Juliá og Duocastella.
Resultaterne afslører vellykket manipulation af kvantetilstanden for fotoner og opnåelsen af high-fidelity sammenfiltrede tilstande og betydelige krænkelser af klokkeuligheder. Elementerne i systemet er også vidt brugt i aktuelle kvanteteknologier, hvilket letter elevernes kontakt med avanceret instrumentering.
Denne innovation, der allerede er anvendt i bachelor- og kandidatuddannelseskurser, har modtaget meget positiv feedback fra alle studerende. I bachelorgraden i fysik tillader det eksperimentelle demonstrationer at udføres for at supplere emnet klassisk og kvanteinformationsteori og kvantemekanik. I kandidatuddannelsen er det en af de fire eksperimenter i det avancerede kvantelaboratorium i kandidatgraden i kvantevidenskab og teknologier.