美国能源部的新突破:用量子计算机探测暗物质

美国能源部的新突破:用量子计算机探测暗物质费米实验室的高级科学家AaronChou致力于通过量子科学探测暗物质。作为美国能源部高能物理办公室QuantISED项目的一部分,他已经开发出一种方法,使用量子比特,即量子计算系统的主要组成部分,来探测暗物质在强磁场存在下产生的单光子。经典计算机用设置为1或0的二进制比特处理信息。1和0的特定模式使计算机有可能执行某些功能和任务。然而,在量子计算中,由于一种被称为叠加的量子力学特性,量子比特在被读取之前同时存在于1和0。这一特性使量子计算机能够有效地进行复杂的计算,而经典计算机则需要花费大量的时间来完成。阿卡什-迪克西特在使用量子计算机寻找暗物质的团队工作。在这里,Dixit拿着一个含有超导量子比特的微波腔。腔体侧面有孔,就像微波炉门上的屏幕有孔一样;这些孔太小,微波无法逃逸。资料来源:RyanPostel,Fermilab为了让量子比特在这些量子水平上运行,它们必须居住在精心控制的环境中,保护它们不受外界干扰,并使它们保持持续的低温。即使是最轻微的干扰也会使量子计算机中的程序失灵。由于量子计算机的极端敏感性,研究人员意识到量子计算机可以提供一种检测暗物质的方法。其他暗物质探测器需要以量子计算机的方式进行屏蔽,这进一步巩固了这一想法。"量子计算机和暗物质探测器都必须被严格屏蔽,而唯一能跳过的就是暗物质,因此,如果人们正在以同样的要求建造量子计算机,我们就问'为什么你不能把这些东西当作暗物质探测器?"当暗物质粒子穿过一个强磁场时,它们可能会产生光子,Chou和他的团队可以用铝制光子腔内的超导量子比特进行测量。因为这些量子比特已经被屏蔽了所有其他的外部干扰,当科学家检测到一个光子的干扰时,他们可以推断出这是暗物质飞过保护层的结果。科学家AaronChou领导的实验是利用超导量子比特和空腔来寻找暗物质。Credit:ReidarHahn,Fermilab到目前为止,Chou和他的团队已经证明了这项技术是如何工作的,并且该设备对这些光子非常敏感。他们的方法比其他传感器有优势,比如能够对同一光子进行多次测量,以确保干扰不只是由另一个侥幸造成的。该设备还具有超低的噪音水平,这使得对暗物质信号的敏感度提高了。即使是最轻微的干扰也会使量子计算机中的程序失灵。凭借其极端的敏感性,AaronChou意识到量子计算机可以提供一种检测暗物质的方法。"我们知道如何从高能物理学界制造这些可调谐的盒子,我们与量子计算人员一起工作,了解并转让这些量子比特用作传感器的技术,"Chou说。从这里开始,他们计划开发一个暗物质探测实验,并继续改进该设备的设计。"这个装置测试了盒子里的传感器,它能容纳单一频率的光子,"Chou说。"下一步是修改这个盒子,把它变成一种无线电接收器,其中我们可以改变盒子的尺寸。"通过改变光子腔的尺寸,它将能够感知由暗物质产生的不同波长的光子。这些新的蓝宝石光子腔将有助于带领团队更接近运行暗物质实验,这些实验结合了物理学和量子科学的各个方面。"能住在盒子里的波是由盒子的整体尺寸决定的。为了改变我们想要寻找的暗物质的哪些频率和哪些波长,我们实际上必须改变盒子的大小,"周说。"这就是我们目前正在做的工作;我们已经创建了盒子,我们可以改变它的不同部分的长度,以便能够在不同的频率上调谐暗物质。"研究人员还在开发由不同材料制成的腔体。传统的铝制光子腔在存在从暗物质粒子产生光子所必需的磁场时,会失去其超导性。"这些腔体不能在高磁场中生存,高磁场破坏了超导性,所以我们用合成蓝宝石制成了一个新的空腔。"开发这些新的、可调谐的蓝宝石光子腔将使该团队更接近于运行暗物质实验,该实验结合了物理学和量子科学的各个方面。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334571.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1334571.htm

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