Новое открытие физиков может упростить создание квантового компьютера
При охлаждении до сверхнизких температур атомы начинают слабее рассеивать свет, 19 ноября сообщает журнал Science.
По мнению ученых, эти явления связаны с ранее неизвестными проявлениями квантовой физики во взаимодействиях атомов и частиц света.
Один из авторов исследования, профессор Массачусетского технологического института (MIT) Вольфганг Кеттерле рассказал подробности, которые ученым удалось обнаружить во время исследований.
«Мы обнаружили ранее неизвестное проявление принципа запрета Паули, которое в данном случае мешает атомам нормально рассеивать свет. Ранее мы не могли зафиксировать это явление, поскольку мы не могли создать столь холодное и плотное облако атомов», — сказал Кеттерле.
Принцип запрета Паули является одним из краеугольных принципов квантовой механики. Он гласит, что электроны и другие элементарные частицы, в частности фермионы, не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии.
Это свойство фермионов объясняет существование нейтронных звезд и массы других объектов и физических явлений. Кеттерле и его коллеги выяснили, что запрет Паули действует не только на электроны, но и более крупные структуры, в том числе и атомы.
Ученые охладили молекулы и атомы до рекордно малых температур с помощью новой холодильной установки. Кеттерле заметил, что создание этой установки натолкнуло его на мысль, что она сможет охладить атомы до такой температуры, при которой они полностью прекратят случайные движения.
В теории, это позволит настолько плотно разместить их рядом друг с другом, что на взаимодействие атомов начнут влиять квантовые эффекты.
Физики сжали облако из атомов стронция-87 и охладили его до температуры, превышающей абсолютный ноль лишь на 20 микрокельвинов. В результате этого скопление атомов перешло в состояние, подобное тому, как в таких условиях вело бы себя облако, состоящее из электронов или других фермионов.
Результаты опытных измерений показали, что атомы стронция-87 перестали нормально рассеивать свет, они стали почти что полностью прозрачными для фотонов.
Это аномальное поведение, по словам физиков, полностью соответствует тому, как вели бы себя электроны в подобной ситуации в соответствии с принципом запрета Паули.
Соответственно, подобные результаты опытов свидетельствуют о том, что данное правило квантовой механики действует не только на электроны, но и атомы. Подобное открытие имеет массу практических применений.
«Рассеивание света является большой проблемой при разработке квантовых компьютеров, так как подобным образом информация буквально „сбегает“ от нас. Мы открыли возможный способ предотвращения подобных утечек, что значительно расширило наш инструментарий для управления поведением объектов микромира», — резюмировал Кеттерле.
Напомним, 23 июня 2021 года физиками из австрийского Инсбрукского университета имени Леопольда и Франца создан первый квантовый компьютер.
Физики собрали данный прототип квантового компьютера на ионных ловушках в рамках проекта Aqtion, который финансируется Евросоюзом, Федерацией австрийской промышленности Тироля, Австрийским научным фондом и Агентством финансирования исследований.
Компьютер является первым в мире 24-кубитовым устройством, занимающим пространство двух стандартных стоек 19», что соответствует объему в 3,4 кубических метра, тогда как лабораторные образцы занимают целую комнату около 30 квадратных метров.
Элементы компьютера размещены в стойках таким образом, чтобы обеспечить их легкую доступность и заменяемость в случае возникновения неисправностей. Ожидается, что подобный форм-фактор будет способствовать более простой замене обычных серверных систем на квантовые.
