Cercetători de la Institutul Max Planck de Fizică Nucleară din Heidelberg au realizat un progres semnificativ în stăpânirea fenomenelor cuantice. Ei au reușit să controleze direcția mișcării electronilor într-o moleculă de hidrogen folosind impulsuri laser ultrarapide. Această realizare științifică, la scara attosecundelor (o attosecundă este a miliarda parte dintr-o miliardime de secundă), ar putea transforma viitorul calculului cuantic și al tehnologiilor informaționale.
Fizica cuantică este ramura științei care se concentrează pe fenomenele ce au loc la nivelul particulelor subatomice, precum electronii, protonii sau fotonii. La aceste niveluri microscopice, regulile fizicii clasice, care guvernează gravitația și mișcarea, nu mai sunt valabile. Particulele se comportă în moduri ciudate, adesea contraintuitive. Importanța fizicii cuantice constă în potențialul său revoluționar. Deja stă la baza tehnologiilor moderne, precum laserele și tranzistorii, care alcătuiesc fundamentul calculatoarelor actuale. Cu toate acestea, aplicațiile viitoare, în special în domeniul calculului cuantic, promit progrese și mai spectaculoase. Această disciplină ar permite exploatarea „qubiților”, unități de informație cuantică capabile să existe în mai multe stări simultan, facilitând astfel rezolvarea unor calcule complexe într-un timp record.
Un concept esențial pentru înțelegerea experimentului realizat de cercetătorii de la Institutul Max Planck este „entanglementul cuantic”. Acesta este un fenomen în care două particule, chiar dacă sunt la mare distanță una de cealaltă, rămân „conectate”. Aceasta înseamnă că ceea ce se întâmplă cu una influențează imediat cealaltă, indiferent de distanță. Imaginați-vă că aveți două mănuși dintr-o pereche. Dacă găsiți una și constatați că este mănușa dreaptă, știți automat că cealaltă este mănușa stângă, indiferent unde se află. În fizica cuantică, entanglementul funcționează în mod similar, dar depășește această analogie simplă, permițând stări simultane ale particulelor, esențiale pentru calculatoarele cuantice.
În cadrul unui studiu, prezentat într-un articol publicat în Scientific Reports, cercetătorii de la Institutul Max Planck au reușit să manipuleze acest entanglement, modificând direcția de mișcare a electronilor într-o moleculă de hidrogen (o moleculă simplă formată din doi protoni și doi electroni). Folosind flashuri laser ultrarapide, cu durate de ordinul attosecundelor, au controlat cu precizie traiectoria electronilor. Prin ajustarea timpului dintre două impulsuri luminoase, au influențat emisia unui electron, lăsându-l pe celălalt legat moleculă. Reușita fizicienilor constă în controlul asimetriei de emisie a unui electron eliberat în raport cu cel rămas legat de moleculă. Acest control este posibil prin ajustarea precisă a întârzierii dintre impulsurile laser, care influențează interacțiunile dintre electroni și direcționează mișcarea acestora pe o scară temporală extrem de scurtă, mult mai mică decât o femtosecundă (a mia parte dintr-o miliardime de secundă). Această realizare reprezintă un pas important pentru manipularea stărilor cuantice într-un mod mult mai rapid decât era posibil până acum. Trecerea de la scara nanosecundelor (10⁻⁹ s) sau femtosecundelor (10⁻¹⁵ s) la scara attosecundelor este o accelerație impresionantă, de peste 100.000 de ori mai rapidă.
Această descoperire ar putea avea implicații majore în domeniul calculului cuantic. Unul dintre cele mai mari obstacole în această tehnologie este „decoerența”, pierderea informației din cauza interferențelor externe. Cu cât calculele pot fi realizate mai rapid, cu atât qubiții sunt mai puțin expuși la aceste interferențe, ceea ce face calculele mai stabile și mai fiabile.
