量子コンピューティング：音の未来

「ランプを点けて部屋を明るくすると、光エネルギーが光のビームとして送られていることを経験しています。これらの光子は、量子力学の奇妙な法則に従う必要があります。光子は分割できないという法則に従う一方で、一度に2つの場所に存在することができるという法則も存在します。」 「光のビームを構成する光子と同様に、不可分な量子粒子であるフォノンが音のビームを構成しています。これらの粒子は、数兆個の原子の集合運動から現れます。曲を聴くとき、私たちはこれらの非常に小さな量子粒子の流れを聞いています。」 「元々は固体の熱容量を説明するために構想されたフォノンは、光子と同様に量子力学の法則に従うと予測されています。ただし、個々のフォノンを生成し検出するための技術は、光子の技術に比べて遅れています。」 「そのような技術は、シカゴ大学プリツカー分子工学スクールの私の研究グループを含む、現在開発中です。私たちはフォノンの基本的な量子特性を探索することで、将来的には新しいタイプの量子コンピュータである機械的量子コンピュータを構築することができるかもしれません。」 「フォノンの量子特性を探るために、私たちのチームは音響ミラーを使用して音のビームを誘導することがあります。しかし、私たちの最新の実験では、「悪い」ミラーと呼ばれるビームスプリッタを使用しています。これらのミラーは、送られてくる音の約半分を反射し、もう半分を通過させます。私たちのチームは、フォノンをビームスプリッタに向けると何が起こるのかを探求することにしました。」 「フォノンは不可分であり、分割することはできません。ビームスプリッタと相互作用した後、フォノンは「重ね合わせ状態」と呼ばれる状態になります。この状態では、フォノンは反射と透過の両方であり、フォノンをどちらの状態で検出するかはランダムに選択されます。検出することなく、フォノンは透過と反射の重ね合わせ状態のままになります。」 「この重ね合わせ効果は、光子で多年前に観察されました。私たちの結果は、フォノンも同じ特性を持っていることを示しています。」 「フォノンが光子と同様に量子重ね合わせ状態に入ることを示した後、私たちのチームはより複雑な問いを投げかけました。私たちは、2つの同じフォノンをビームスプリッタに送った場合に何が起こるかを知りたかったのです。」 「結果として、各フォノンは半分透過と半分反射の類似の重ね合わせ状態になります。しかし、ビームスプリッタの物理学のため、私たちがフォノンを正確にタイミングすると、それらは量子的に干渉し合います。結果として、片方には2つのフォノンが進み、もう片方には2つのフォノンが進む重ね合わせ状態が生まれます。」 } }