Продемонстрирована возможность контроля квантовых многочастичных систем

Феномен дуализма квантовых частиц часто используется для высокоточных измерений, например, в атомных часах. Обычно, при этом играют роль волновые свойства только одиночных частиц. Европейские ученые сообщили об экспериментах, в которых им удалось квантовомеханически контролировать сотни сверхохлажденных атомов рубидия – конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ) – возбуждая их строго определенным способом. Таким образом, открывается возможность использования в интерферометрических измерениях не только внутренних состояний атомов, но и коллективных состояний движения многих частиц.

Особым образом сформированный электромагнитный импульс, разработанный в сотрудничестве с профессором Томмазо Каларко (Tommaso Calarco) из Института квантовой информации при университете г.Ульм, «взбалтывал» конденсат Бозе-Эйнштейна и переводил его сразу в два возможных состояния движения.

Подобная суперпозиция состояний – обычное явление в квантовой физике. Особенно поражает, что в суперпозицию можно вводить огромные в квантовых масштабах системы, состоящие из сотен атомов и обладающие многими степенями свободы. Но чем крупнее объект, тем более хрупким становится это состояние, тем проще его нарушить. Этот процесс называется декогерентность и представляет самую серьезную проблему на пути развития квантовых технологий, в том числе, квантовых компьютеров.

Для того, чтобы контролировать систему, важно было точно подобрать импульс для встряхивания конденсата. Он должен обеспечивать переход между двумя вибрационными состояниями, включаемыми в суперпозицию, но при этом не создавать никаких других возможных состояний. Как выяснилось, исключение других состояний является главным условием подавления нежелательного эффекта декогерентности.

«Наш результат подтверждает, что вибрационные состояния сотен атомов можно использовать для квантовых экспериментов. Эти состояния могут применяться для хранения информации и, однажды, возможно даже для выполнения вычислений» – отмечается в статье, размещенной в журнале Nature Communications.

Исследование, в котором, наряду с учеными университета Ульма, участвовали их коллеги из Гамбурга и Венского технологического университета, в дальнейшем будет распространено, помимо вибрационных, также на вращательные состояния КБЭ.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365