Dagens teknik minskar ständigt i storlek. Vid riktigt små längdskalor börjar kvanteffekter, så som tunnling, superposition och sammanflätning bli påtagliga. Det är därför viktigt att hitta sätt att utnyttja dessa. Ett typexempel är kvantdatorn som utnyttjar kvanteffekter för att lösa komplexa beräkningsproblem som den traditionella teknologin inte klarar av. För att kunna förstå vad som är möjligt att uppnå med kvantsystem ur ett teknologiskt perspektiv är det viktigt att begripa hur de kan kontrolleras med hjälp av återkoppling, det vill säga möjligheten att mäta ett system och sedan använda informationen för att styra det. Detta är en grundläggande princip bakom all modern teknik. I en studie som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Physical Review Letters har ett forskarlag lyckats utveckla en ny ekvation som beskriver dynamiken hos ett allmänt återkopplat kvantsystem.
– Återkoppling har spelat en stor roll i det moderna samhällets utveckling och kommer att vara en viktig del av framtida kvantteknologier. Vårt resultat gör det möjligt att undersöka specifika återkopplade system, men också studera fundamentala aspekter av kvantmekanik, säger Björn Annby-Andersson, fysikforskare vid Lunds universitet och den som lett studien.
Tidigare metoder för att studera återkoppling i kvantsystem har varit begränsade på olika sätt och utgått från numeriska beräkningar på datorer. Dessa metoder ger vanligtvis kvantitativa resultat som är systemberoende. Det är därför svårt att dra generella, kvalitativa slutsatser om just återkoppling.
– Vår ekvation utvidgar dessa metoder och gör det möjligt att studera alla typer av återkoppling i kvantsystem. En styrka med vår metod är att den kan användas för att utföra beräkningar med penna och papper, i stället för att göra datorsimuleringar, säger Björn Annby-Andersson.
Viktig för kvantdatorer
Vilka praktiska tillämpningar kan då den nya ekvationen få? Forskarna hoppas att den ska göra det möjligt att på ett vassare sätt utforska återkopplade kvantsystem och på sikt bli en av byggstenarna i utvecklingen av framtidens kvantteknologier. Eftersom det idag är svårt att förutspå exakt hur dessa teknologier kommer att påverka vår framtid är det för tidigt att sia om hur allmänheten kommer att påverkas av upptäckten.
– På sikt hoppas vi ekvationen kan bli användbar i utvecklingen av framtidens kvantdatorer. I dagsläget är den ett lovande verktyg för fundamentala undersökningar av kopplingen mellan energi och information, säger Björn Annby-Andersson.
Förutom Lunds universitet har University of Maryland och University of Basel deltagit i arbetet.
Studien publiceras i tidskriften Physical Review Letters.
Läs studien ”Quantum Fokker-Planck Equation for Continuos Feedback Control" (asp.org)
Text: Johan Joelsson.