Kwantumcircuit doorbreekt barrières: detecteer de zwakste radiosignalen mogelijk

Natuurkundigen bouwen een nieuwe circuit die heel kleine kwantumstappen (fotonen) in radiofrequentie-signalen kan detecteren. Deze nieuwe kwantumcircuits kunnen tal van toepassingen hebben, van kernspinresonantie-imaging tot radioastronomie.

Kleine kwantumstappen

In kwantummechanica komt energie in de vorm van kleine brokjes bekend als 'quanta'. Laat me dit uitleggen met een voorbeeld: stel je voor je duwt een winkelkar. Volgens klassieke fysica, als je sneller wilt gaan, kun je de kar een extra duwtje geven, meer energie en meer snelheid geven.

De wetten van kwantummechanica zijn echter heel anders: je kunt de energie van de kar slechts één 'kwantumstap' per keer verhogen. Deze 'kwantumstappen' zijn te zwak om de kar te duwen. Feitelijk is er nauwelijks een apparaat dat een enkele kwantumstap nauwkeurig kan detecteren. Hetzelfde geldt voor radiogolven.

Referentie: ScienceMag | doi:10.1126/science.aaw3101 | TU Delft

Wat onderzoekers in deze studie bouwden, kan daadwerkelijk deze kleine kwantumstappen in radiofrequentie-signalen detecteren. De nieuwe circuit quantum electrodynamics-architectuur maakt de uitlezing en manipulatie van een radiofrequentie-resonator op kwantumniveau mogelijk.

De Kwantumchip (1×1 cm) ontwikkeld in deze studie | Bron: TU Delft

De architectuur kan ook gebruikt worden om circuit quantum electrodynamics te interfacen met andere fysische systemen in het megahertz-frequentiebereik, bijvoorbeeld macroscopische mechanische oscillatoren of spinnsystemen.

Wisselwerking tussen kwantumzwaartekracht en kwantummechanica