เครื่องบินรบ

เป็นเวลาหลายปีที่ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้รับแรงบันดาลใจจากโครงการวิจัยและพัฒนาการบินและอวกาศเพื่อทำให้เครื่องบินทดลองที่มีรูปร่างผิดปกติบินได้ "ผมทึ่งเสมอว่า X-29 ซึ่งเป็นเครื่องบินอเมริกันที่ออกแบบเหมือนลูกดอกที่พุ่งไปข้างหลังสามารถบินได้ การบรรลุเป้าหมายนี้ในปี 1984 เกิดจากความก้าวหน้าครั้งสำคัญในระเบียบวินัยที่เรียกว่าวิศวกรรมควบคุมที่สามารถทำให้เสถียรได้ เครื่องบิน" รองศาสตราจารย์ Michael Biercuk จาก School of Physics และผู้อำนวยการ Quantum Control Laboratory กล่าว "เราเริ่มสนใจว่าแนวคิดที่คล้ายกันนี้มีบทบาทในการนำเทคโนโลยีควอนตัมมาสู่ความเป็นจริงได้อย่างไร หากวิศวกรรมควบคุมสามารถเปลี่ยนโผที่ไม่เสถียรให้กลายเป็น เครื่องบิน ขับไล่ประสิทธิภาพสูงได้ ก็ค่อนข้างน่าทึ่งที่จะคิดว่ามันจะทำอะไรได้บ้างสำหรับเทคโนโลยีควอนตัมรุ่นต่อไป " ผลลัพธ์คือนักวิจัยสามารถเปลี่ยนระบบควอนตัมที่เปราะบางให้กลายเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงที่มีประโยชน์สำหรับทุกสิ่งตั้งแต่การคำนวณและการสื่อสารไปจนถึงการสร้างเซ็นเซอร์พิเศษสำหรับอุตสาหกรรม เคล็ดลับคือการหาวิธีปกป้องพวกเขาจากสภาพแวดล้อมโดยใช้ทฤษฎีการควบคุม ความท้าทายใหญ่ที่เทคโนโลยีควอนตัมต้องเผชิญคือเทคโนโลยีเหล่านี้มีความไวต่อ 'สัญญาณรบกวน' แบบสุ่มในสภาพแวดล้อมโดยรอบ รองศาสตราจารย์ Biercuk กล่าว "เสียงรบกวน ในกรณีนี้ คล้ายกับสภาพอากาศของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในท้องถิ่นที่ฮาร์ดแวร์ชิ้นหนึ่งรับรู้ ลองนึกภาพว่าโทรทัศน์ของคุณจะทำงานเฉพาะเมื่อสภาพอากาศมีแดดจัดเท่านั้น จำเป็นต้องทำบางอย่างเพื่อให้เทคโนโลยีดังกล่าวทำงานได้มากขึ้น แม้ในวันที่ฟ้ามืดครึ้ม " สาขาใหม่ของวิศวกรรมการควบคุมควอนตัมได้มอบหนทางสู่อนาคต ขั้นตอนแรกคือการพยายามระบุว่าเสียงรบกวนจะส่งผลต่อระบบควอนตัมอย่างไรในขณะที่มันทำงานบางอย่าง ซึ่งเป็นเรื่องยากมาก "เราสามารถคำนวณความเสียหายที่เกิดขึ้นกับสถานะควอนตัมได้โดยใช้สิ่งที่เรียกว่าฟังก์ชันการถ่ายโอนที่ปรับให้เหมาะกับการทำงานเฉพาะ เช่น การจัดการระบบควอนตัมซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการคำนวณ" ผู้เขียนร่วม PhD กล่าว นักเรียน Harrison Ball ประเด็นต่อมาคือการแสดงให้เห็นว่าเทคนิคทางทฤษฎีได้ผลจริง "หนึ่งในความสำเร็จหลักของเราคือการแสดงให้เห็น โดยใช้การทดลองกับระบบควอนตัมจริงในรูปของอะตอมในกับดักพิเศษ ซึ่งฟังก์ชันการถ่ายโอนนั้นยอดเยี่ยมในการทำนายว่าระบบควอนตัมเปลี่ยนแปลงอย่างไรในการตอบสนองต่อเสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อม" ด้วยความสามารถใหม่ในการทำนายผลกระทบของสภาพแวดล้อมที่มีต่อระบบควอนตัม จึงเป็นไปได้ที่จะปกป้องพวกมันด้วยการใช้เทคนิคการควบคุมที่เหมาะสม Biercuk กล่าวว่า "คล้ายกับระบบควบคุมที่ทำให้ระนาบที่ไม่เสถียรตามหลักอากาศพลศาสตร์ลอยอยู่สูง การทดลองเผยให้เห็นว่าเทคนิคใหม่ของเราสามารถรักษาอะตอมให้ดำเนินการคำนวณที่เป็นประโยชน์ได้" Biercuk กล่าว "ปิดเทคนิคการควบคุมใหม่ แล้วพวกมันจะพังและไหม้" "การบรรลุเป้าหมายนี้เป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่สำหรับชุมชนทั้งหมด" Ball กล่าวและมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อนักวิจัยย้ายจากการสาธิตการพิสูจน์หลักการไปสู่การพยายามพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมจริง การทำงานเพื่อทำให้เทคโนโลยีเหล่านั้นเป็นจริงเป็นจุดมุ่งหมายของรองศาสตราจารย์ Biercuk และเพื่อนร่วมงานของเขาใน ARC Center for Engineered Quantum Systems "นี่อาจฟังดูเหมือนแฟนตาซีล้ำยุค แต่ระบบนำทางในรถของคุณทำงานได้เพราะเทคโนโลยีควอนตัมในยุคแรกๆ นั่นคือนาฬิกาอะตอม" Biercuk กล่าว "เราทราบดีว่าปรากฏการณ์ที่แปลกใหม่ เช่น ระบบควอนตัมที่อยู่ในสองตำแหน่งพร้อมกัน และแม้แต่ความสามารถในการเทเลพอร์ตสถานะควอนตัมนั้นมีอยู่จริงและสามารถเข้าถึงได้ในห้องทดลอง ตอนนี้เรากำลังพยายามทำให้มันใช้งานได้จริง และนั่นหมายถึงการหาวิธีการ เพื่อเกลี้ยกล่อมให้ระบบควอนตัมทำสิ่งใหม่และมีประโยชน์"