Un proyecto del Ejército de los EE. UU. Que explora aplicaciones novedosas de resonadores superconductores ha descubierto que estos sistemas pueden usarse para simular materiales cuánticos imposibles de fabricar de otra manera. Además, pueden proporcionar información para preguntas abiertas y fundamentales en mecánica cuántica y gravedad.
Los científicos de la Universidad de Princeton, dirigidos por el profesor de ingeniería eléctrica Andrew Houck, construyeron una matriz electrónica en un microchip que simula las interacciones de partículas en un plano hiperbólico, una superficie geométrica en la que el espacio se curva lejos de sí mismo en cada punto.
"Esta investigación puede avanzar en la simulación cuántica de una manera que nos permita no solo desarrollar una mejor comprensión de los materiales relevantes para los objetivos del Ejército, sino también ayudarnos a explorar preguntas en la vanguardia de otros campos de relevancia del Ejército", dijo la Dra. SaraGamble, gerente de programas de la Oficina de Investigación del Ejército, un elemento del Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de los EE. UU.permitir que el DOD desarrolle capacidades de red más eficientes "
La investigación, publicada en Naturaleza , utilizó circuitos superconductores para crear una red que funciona como un espacio hiperbólico. Cuando los investigadores introducen fotones en la red, pueden responder una amplia gama de preguntas difíciles al observar las interacciones de los fotones en el espacio hiperbólico simulado.
"El problema es que si quieres estudiar un material mecánico cuántico muy complicado, entonces el modelado por computadora es muy difícil", dijo la Dra. Alicia Kollár, investigadora asociada postdoctoral en el Centro Princeton para Materiales Complejos. "Estamos intentandoimplementar un modelo a nivel de hardware para que la naturaleza haga la parte difícil del cálculo por usted "
El chip del tamaño de un centímetro está grabado con un circuito de resonadores superconductores que proporcionan caminos para que los fotones de microondas se muevan e interactúen. Los resonadores en el chip están dispuestos en un patrón reticular de heptagones, o polígonos de siete lados. La estructura existe enun plano plano, pero simula la geometría inusual de un plano hiperbólico.
"En el espacio tridimensional normal, no existe una superficie hiperbólica", dijo el profesor de ingeniería eléctrica de Princeton, Andrew Houck. "Este material nos permite comenzar a pensar en mezclar la mecánica cuántica y el espacio curvo en un entorno de laboratorio".
Intentar forzar una esfera tridimensional en un plano bidimensional revela que el espacio en un plano esférico es más pequeño que en un plano plano. Es por eso que las formas de los países aparecen estiradas cuando se dibujan en un mapa plano de la esferaTierra. En contraste, un plano hiperbólico necesitaría ser comprimido para que quepa en un plano.
Para simular el efecto de comprimir el espacio hiperbólico sobre una superficie plana, los investigadores utilizaron un tipo especial de resonador llamado resonador de guía de onda coplanar. Cuando los fotones de microondas pasan a través de este resonador, se comportan de la misma manera si su trayectoria es recta o serpenteanteLa estructura serpenteante de los resonadores ofrece flexibilidad para "aplastar y frotar" los lados de los heptagones para crear un patrón de mosaico plano, dijo Kollár, quien está comenzando una posición de facultad en la Universidad de Maryland y el Instituto Conjunto Quantum.
Mirar el heptágono central del chip es similar a mirar a través de una lente de cámara de ojo de pez, en la que los objetos en el borde del campo de visión parecen más pequeños que en el centro; los heptagones se ven más pequeños cuanto más lejos están del centro.la disposición permite que los fotones de microondas que se mueven a través del circuito resonador se comporten como partículas en un espacio hiperbólico.
La capacidad del chip para simular el espacio curvo podría permitir nuevas investigaciones en mecánica cuántica, incluidas las propiedades de la energía y la materia en el espacio-tiempo deformado alrededor de los agujeros negros. El material también podría ser útil para comprender redes complejas de relaciones en la teoría de gráficos matemáticos yredes de comunicación. Kollár señaló que esta investigación podría eventualmente ayudar al diseño de nuevos materiales.
Pero primero, ella y sus colegas necesitarán desarrollar aún más el material fotónico, tanto al continuar examinando su base matemática como al introducir elementos que permitan que los fotones en el circuito interactúen.
"Por sí solos, los fotones de microondas no interactúan entre sí, pasan directamente", dijo Kollár. La mayoría de las aplicaciones del material requerirían "hacer algo para lograr que puedan ver que hay otro fotón allí".
"El equipo de investigación está formando conexiones con investigadores en otras disciplinas debido a estos resultados, y la adición de interacciones de fotones en los sistemas aumentará el espacio de aplicación para avanzar aún más en las capacidades del Ejército", dijo Gamble.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio de investigación del ejército de EE. UU. . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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