Co je kvantová vazba?

Kvantová vazba je nenulové překrytí (overlap) vlnových funkcí dvou různých stavů. To překrytí vytváří možnost:

– interference mezi stavy,
– přechodu mezi nimi (tunelování),
– sdílení energie nebo informace.

Pokud je překryv nulový, stavy jsou úplně oddělené a systém nikdy nemůže přejít z A do B.

Jak vypadá kvantová vazba v dvoujámovém potenciálu (dvě údolí a kopec mezi nimi)

Máme dvě hluboká energetická minima:

– stav A: proud doprava
– stav B: proud doleva

Vlnové funkce v obou minimech jsou silné, protože oba stavy jsou stabilní. Pod bariérou je však malý, ale nenulový průnik.

Co kvantová vazba způsobí?

Pokud mezi dvěma stavy existuje vazba, jejich energie se neroztříští do dvou oddělených hladin, ale vytvoří dva společné stavy:

– symetrický stav
– antisymetrický stav

Rozdíl jejich energií je přímo úměrný velikosti vazby.

Toto rozštěpení energie je přímo měřitelný důkaz kvantové vazby. V supravodivých qubitech (transmons, flux qubits) se toto měří přesně.

Co vznikne díky vazbě?

Když existuje kvantová vazba, systém může mezi stavy A a B oscilovat (Rabiho oscilace).

– vazba je „most“ pod bariérou,
– vlnová funkce může proudit tam i zpět,

rychlost oscilace závisí na velikosti vazby. Pokud je vazba nulová, oscilace neexistují a systém zůstane navěky ve stavu A.

Co přesně znamená vazba v makroskopickém supravodivém obvodu?

V supravodiči nejsou propojeny jednotlivé elektrony. Je propojen makroskopický koherentní stav, který obsahuje miliardy elektronů.

Jeho vlnová funkce:

– je rozprostřena přes celý obvod,

– má dvě minima (např. dvě možné orientace proudu),
– pod bariérou se tyto dvě makrostavy překrývají,

a to překrytí vytváří makroskopickou kvantovou vazbu.

Díky existenci vazby je možné:

– makroskopické tunelování,
– existence dvou hladin,
– superpozice makrostavů (což je vlastně qubit).

Představme si:

– dvě obrovská údolí oddělená horou,
– každé údolí = jeden stabilní makroskopický stav,
– kvantová vlnová funkce = voda naplňující údolí do určité hladiny.

Pod horou existuje tenká podzemní jeskyně, která údolí spojuje. To je kvantová vazba. Není to tunelování (to je proces přelévání). Vazba je existence toho podzemního propojení.