Επιστήμονες δημιούργησαν την πρώτη κβαντική πεταλούδα

Οι κβαντικοί προσομοιωτές είναι κβαντικοί υπολογιστές συγκεκριμένου σκοπού που βασίζονται σε κβαντικά «τσιπάκια» και θα βοηθήσουν μελλοντικά τους επιστήμονες, μεταξύ άλλων πρακτικών εφαρμογών, να ανακαλύψουν υλικά με εξωτικές και χρήσιμες ιδιότητες. Το νέο επίτευγμα αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προόδου προς αυτή την κατεύθυνση, καθώς δείχνει ότι οι κβαντικοί προσομοιωτές αρχίζουν πλέον να λειτουργούν ως ισχυρά εργαλεία.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Δημήτρη Αγγελάκη, αναπληρωτή καθηγητή του Πολυτεχνείου Κρήτης και συνεργαζόμενο ερευνητή του Κέντρου Κβαντικών Τεχνολογιών της Σιγκαπούρης, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Science", χρησιμοποίησαν φωτόνια στον κβαντικό επεξεργαστή της Google για να προσομοιώσουν το σχήμα της λεγόμενης «πεταλούδας Χοφστάντερ», μιας όμορφης γεωμετρικής μορφοκλασματικής δομής (φράκταλ), που χαρακτηρίζει τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων σε ισχυρά μαγνητικά πεδία.

«Πάντα είχαμε την ιδέα ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα φωτόνια για να προσομοιώσουμε και να κατανοήσουμε καλύτερα τη φύση. Η ερευνητική συνεργασία μας πετυχαίνει πλέον κάτι τέτοιο στην πράξη», δήλωσε ο Αγγελάκης, ο οποίος συνεργάσθηκε με ομάδα ερευνητών της Google και του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια-Σάντα Μπάρμπαρα με επικεφαλής τον πρωτοπόρο της κβαντικής υπολογιστικής τεχνολογίας καθηγητή Τζον Μαρτίνις.

Ο επεξεργαστής της Google διέθετε μια αλυσίδα εννέα υπεραγώγιμων κβαντικών δυφίων (quantum bits ή qubits). Η «πεταλούδα Hofstadter» είχε εμφανισθεί για πρώτη φορά το 1976, σε υπολογισμούς ηλεκτρονίων σε ένα δισδιάστατο υλικό με ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Η πεταλούδα απεικονίζει τις μεταβολές στα ενεργειακά επίπεδα των ηλεκτρονίων, καθώς μεταβάλλεται η ισχύς του μαγνητικού πεδίου.

Στην κβαντική προσομοίωση τα φωτόνια έπαιξαν το ρόλο των ηλεκτρονίων, ενώ οι «πύλες» των qubits ήσαν το ανάλογο ενός μαγνητικού πεδίου. Το φράκταλ της κβαντικής πεταλούδας προέκυψε, καθώς οι ερευνητές έκαναν τις σχετικές μετρήσεις με τη βοήθεια μιας νέας φασματοσκοπικής τεχνικής, που βαφτίσθηκε «χτύπα και άκου» και η οποία «χαρτογραφεί» τα ενεργειακά επίπεδα των σωματιδίων του φωτός στα qubits.

Ο Δημήτρης Αγγελάκης είναι αναπληρωτής καθηγητής στη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Πολυτεχνείου Κρήτης και διευθυντής της ερευνητικής ομάδας Κβαντικής Οπτικής και Κβαντικής Πληροφορίας (QOQI). Εργάζεται παράλληλα σαν επισκέπτης κύριος ερευνητής στo Κέντρο Κβαντικών Τεχνολογιών του Εθνικού Πανεπιστημίου της Σιγκαπούρης. Σπούδασε Φυσική στο Πανεπιστήμιο Κρήτης και πήρε το διδακτορικό δίπλωμά του σ στη Θεωρητική Φυσική από το Imperial College του Λονδίνου