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一种推进量子材料 高效的通信网络

导读 探索超导谐振器的新应用的美国陆军项目已经发现这些系统可用于模拟不可能以其他方式制造的量子材料。此外,它们可以为量子力学和引力方面的

探索超导谐振器的新应用的美国陆军项目已经发现这些系统可用于模拟不可能以其他方式制造的量子材料。此外,它们可以为量子力学和引力方面的开放和基本问题提供见解。

普林斯顿大学的科学家,由电气工程教授Andrew Houck领导,在微芯片上构建了一个电子阵列,模拟双曲面内的粒子相互作用,这是一个几何表面,在这个几何表面中,空间在每个点都远离自身。

“这项研究可以推动量子模拟,使我们不仅能够更好地理解与陆军目标相关的材料,还能帮助我们探索陆军相关其他领域的最前沿问题,”Sara Gamble博士说。陆军研究办公室的一名项目经理,是美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室的一名成员。“除了潜在的材料应用之外,研究团队获得的出色结果可以提供对通信网络的深入了解,并最终使国防部能够开发更高效的网络功能。”

这项发表在“自然”杂志上的研究使用超导电路来创建一个充当双曲线空间的晶格。当研究人员将光子引入晶格时,他们可以通过观察光子在模拟双曲空间中的相互作用来回答各种难题。

普林斯顿复杂材料中心的博士后研究员AliciaKollár博士说:“问题在于,如果你想研究一种非常复杂的量子力学材料,那么计算机建模就非常困难。”“我们正试图在硬件层面实现一个模型,以便大自然能为你完成艰难的计算。”

厘米大小的芯片用超导谐振器电路蚀刻,该电路为微波光子移动和相互作用提供路径。芯片上的谐振器以七边形或七边形多边形的格子图案排列。该结构存在于平面上,但模拟了双曲面的不寻常的几何形状。

“在正常的三维空间中,不存在双曲面,”普林斯顿电气工程学院教授安德鲁·侯克说。“这种材料使我们能够开始考虑在实验室环境中混合量子力学和弯曲空间。”

试图将三维球体强制到二维平面上表明球面上的空间小于平面上的空间。这就是为什么当在球形地球的平面地图上绘制时,国家的形状看起来很突出。相反,需要压缩双曲面以便适合平面。

为了模拟将双曲面空间压缩到平面上的效果,研究人员使用了一种称为共面波导谐振器的特殊类型的谐振器。当微波光子通过这个谐振器时,无论它们的路径是直的还是蜿蜒的,它们的行为都是一样的。谐振器的曲折结构提供了灵活性,可以“挤压和挤压”七边形的边缘,形成平坦的平铺图案,Kollár说,他正在马里兰大学和联合量子研究所担任教职。

观察芯片的中心七边形类似于通过鱼眼摄像机镜头观察,其中视野边缘处的物体看起来比中心处的物体小 - 七边形看起来越小它们离中心越远。这种布置允许移动通过谐振器电路的微波光子表现得像双曲线空间中的粒子。

该芯片模拟弯曲空间的能力可以实现量子力学的新研究,包括黑洞周围翘曲时空中的能量和物质特性。该材料还可用于理解数学图论和通信网络中复杂的关系网。Kollár指出,这项研究最终可能有助于新材料的设计。

但首先,她和她的同事将需要进一步开发光子材料,既要继续检查其数学基础,又要引入能够使电路中的光子相互作用的元素。

“自己,微波光子不相互作用 - 它们直接通过,”Kollár说。该材料的大多数应用都需要“做一些事情来制造它,以便他们可以告诉那里有另一个光子。”

“由于这些结果,研究团队正在与其他学科的研究人员建立联系,并且在系统中增加光子相互作用将增加应用空间,进一步提升陆军能力,”Gamble说。