Sunday, December 19, 2010

FIRST QUANTUM MACHINE




Andrew Cleland, John Martinis and the physic PhD student Aaron O'Connell (University of California/Santa Barbara), built in 2010 a proto-quantum micromachine able to induce and measure motion quantum effects of an object built by them. Being able to measure the success, the work was awarded as the scientific breaktrough of the year 2010 in the journal Science. According to the magazine, O 'Connell solved 3 problems :1) the construction of a vibrating micromechanical resonator: quantum drum 2) A extremely sensitive vibration measurement system and 3) specific conditions to connect the instruments. Based on principles of mobile phones, O’Connel built an aluminum nitride resonator (in isolation for mechanical suspension), for their ability to expand and contract to the very high frequency of 6 GHz. Additionally O'Connell used quantum electro circuits that Martinis had previously developed (Josephson phase quantum bit: qubit) for quantum computing. Finally, the resonator and the detector were electrically connected and added to the microfabrication process.

Aluminum nitride, a piezoelectric material is capable of generating electrical signals detected by qubits. For the observation of quantum effects (measurement), all chips had to be cooled to very low temperatures so that the resonator occupy their lowest energy state (quantum ground state of motion). The final step was that mechanical movements generate electrical signals detectable by external magnetic flux. When finally the vibrations were measured, the resonator behaved as predicted by quantum mechanics. O'Connell said that measurement of vibration had a specific location for half the time, the other half had a random location (in another place, not in the middle).

PRIMERA MAQUINA CUANTICA

Andrew Cleland, John Martinis y el doctorando de física Aaron O’Connell (University of California/Santa Barbara), construyeron el 2010 una proto-micromáquina cuántica capaz de inducir y medir efectos cuánticos de movimiento de un objeto construido por ellos. Siendo capaz de medir el suceso, el trabajo fue calificado como evento científico del año 2010, por la revista científica Science. Según esta, O’ Connell resolvió 3 problemas 1) la construcción de un resonador micromecánico vibrante :quantum drum 2) Un sistema de medición de vibraciones, extremadamente sensible y 3) condiciones especificas para conectar los instrumentos mencionados. Basado en principios de resonadores de teléfonos móviles, O’Connell empleó nitruro de aluminio, para construir su resonador (mantenido en aislamiento por suspensión mecánica), por su facilidad para dilatarse y contraerse a la muy alta frecuencia de 6 GHz. Adicionalmente O’Connell usó el circuito electro-cuántico que Martinis había desarrollado (Josephson phase quantum bit :qubit), para computación cuántica. Finalmente, el resonador y el detector fueron conectados eléctricamente y añadidos al proceso de microfabricación.

El nitruro de aluminio, es un material piezoeléctrico capaz de generar señales eléctricas detectables por qubits. Para la observación de los efectos cuánticos (medición), todos los chips tuvieron que ser enfriados a temperaturas muy bajas para que el resonador ocupase su estado de energía mas bajo (quantum ground state of motion). El paso definitivo consistía en que los movimientos mecánicos generasen señales eléctricas detectables por los qbits mediante flujos magnéticos externos. Cuando finalmente se midieron las vibraciones, el resonador se comportó como lo predijo la mecánica cuántica. O’Connell dijo que la medición de las vibraciones tuvo una localización especifica durante la mitad del tiempo, la otra mitad tuvo una localización al azar (en otro lugar, no en el medio).

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