Учёные разработали метод для наблюдения и контроля над малейшими движениями атомов в квантовых системах

Исследователи из Калифорнийского технологического института представили передовой подход, позволяющий эффективно использовать естественное тепловое движение атомов в квантовых системах. Применяя сложные операции и измерения, они не только подавили «дрожание» атомов, но и превратили его в основу для создания гиперзапутанности — сложной корреляции сразу нескольких характеристик частиц.

Обычные квантовые технологии применяют оптические пинцеты — сфокусированные лазерные лучи, позволяющие точно захватывать и контролировать отдельные атомы. Однако, даже при экстремальном охлаждении, атомы продолжают колебаться из-за тепловой энергии, внося шум и нарушая работу квантовых систем. Команда из Caltech смогла не только измерять эти атомные движения в реальном времени, но и устранять лишнюю тепловую энергию для каждого атома, вдохновившись задумкой «демона Максвелла» — мысленного эксперимента из XIX века.

Гиперзапутанность подразумевает, что частицы связаны одновременно по множеству квантовых характеристик, в отличие от традиционной квантовой запутанности, ограниченной одной. Ранее такие эффекты были наблюдаемы только у фотонов, но Caltech впервые достиг гиперзапутанности у массивных нейтральных атомов, используя контролируемые колебания в оптических пинцетах.

Методика, известная как «детекция и последующая активная коррекция тепловых возбуждений», позволяет охлаждать атомы практически до состояния полного покоя, отслеживая и устраняя тепловое движение атомов индивидуально и в режиме реального времени. Это обеспечивает поддержание колебаний с амплитудой около 100 нанометров — в тысячи раз меньше толщины человеческого волоса.

По мнению профессора Мануэля Эндреса, соавтора исследования, новый набор инструментов для управления атомным движение расширяет возможности квантовых устройств, таких как квантовые компьютеры, использующих атомы в качестве кубитов. Теперь ученые освоили контроль не только над электронами внутри атомов, но и над самими атомами как целостными объектами.

Источник: iXBT