Как ускорить создание квантовых "котов Шрёдингера" в 10 000 раз?

Создание квантовых суперпозиций, известных как NOON-состояния, с использованием ультрахолодных атомов ранее представляло серьезную временную проблему для лабораторных экспериментов. Процесс занимал «десятки минут или более», часто превышая доступное время жизни экспериментальной установки. Основной причиной такой медлительности являлось «энергетическое узкое место» или «резкий поворот» в эволюции системы, вынуждавший ее замедляться.
Как ускорить создание квантовых "котов Шрёдингера" в 10 000 раз?
Изображение носит иллюстративный характер

Исследователи из Льежского университета (ULiège), работающие в группе квантовой статистической физики (PQS), разработали принципиально новый подход, который кардинально ускоряет генерацию NOON-состояний. Ведущую роль в этой работе сыграл аспирант Симон Денжис. Предложенный ими протокол объединяет две ключевые концепции: контрдиабатическое управление и поиск оптимального геодезического пути в пространстве параметров системы.

Суть метода можно сравнить с выбором маршрута в супермаркете с наименьшим количеством поворотов, чтобы двигаться быстрее, не расплескав содержимое тележки. Другая аналогия — водитель, который заранее наклоняет поднос с напитками или сам наклоняется в сторону поворота, чтобы компенсировать центробежную силу. Применительно к атомам, этот метод «сглаживает дорогу», позволяя системе эволюционировать значительно быстрее, не сходя с траектории, ведущей к нужному квантовому состоянию.

Результаты применения нового протокола впечатляют: удалось добиться ускорения процесса вплоть до 10 000 раз в некоторых конфигурациях. Время, необходимое для создания NOON-состояния, сократилось с примерно десяти минут до всего лишь 0,1 секунды. Директор лаборатории Петер Шлагек подчеркивает, что при таком значительном ускорении сохраняется исключительно высокая точность — 99% верность конечного квантового состояния.

Целевым состоянием в данных исследованиях являются NOON-состояния. Их можно описать как миниатюрные версии знаменитого кота Шрёдингера. Это специфический тип квантовой суперпозиции, при котором все атомы ансамбля одновременно находятся как бы в двух пространственно разделенных областях (например, в «левой» и «правой» потенциальных ямах) до тех пор, пока не будет произведено измерение.

NOON-состояния представляют огромный интерес для разработки технологий будущего, таких как сверхточные квантовые сенсоры и квантовые компьютеры. В момент измерения вся система коллапсирует в одно из возможных состояний — все атомы обнаруживаются либо в левой, либо в правой яме, но никогда частично в обеих.

Этот прорыв делает практическое создание NOON-состояний с помощью ультрахолодных атомов реальностью, открывая путь к их использованию в прикладных квантовых технологиях. Особенно перспективными областями являются квантовая метрология, где такие состояния могут применяться для сверхчувствительных измерений времени, вращения или гравитационных полей, а также технологии квантовой информации.

В частности, новая методика может лечь в основу усовершенствованных квантовых гироскопов или миниатюрных детекторов гравитации. Успех демонстрирует плодотворное сочетание теоретических разработок, основанных на математических концепциях и фундаментальной физике, с экспериментальной реализуемостью, что приводит к конкретным достижениям в квантовой физике и приближает превращение теоретических идей в технологии будущего.

Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Physical Review A.

В основе NOON-состояний лежит фундаментальный принцип квантовой механики — суперпозиция. Квантовая система, будь то атом, электрон или фотон, может существовать одновременно в нескольких состояниях до момента наблюдения. Классической иллюстрацией этого принципа является мысленный эксперимент с котом Шрёдингера, который в закрытом ящике одновременно и жив, и мертв.

Акт наблюдения или измерения заставляет квантовую систему мгновенно перейти из суперпозиции в одно определённое состояние. В случае NOON-состояний с ультрахолодными атомами, до измерения атомы находятся одновременно в двух локациях, а измерение показывает их присутствие только в одной из них.


Новое на сайте

20327Кости прерий: как истребление бизонов породило целую индустрию — и сама себя же уничтожила 20326Кто и зачем взламывает серверы Ollama и ComfyUI ради ключей от AWS? 20325Как злоумышленники спрятали командный сервер внутри блокчейна и почему его невозможно... 20324Брюссель заставляет Android делиться секретами с чужими ИИ-помощниками 20323WordPress: как два бага слились в одну критическую дыру, которую назвали wp2shell 20322Как китайские хакеры обманули DigiCert и украли сертификаты для подписи кода? 20321Что скрывается за уязвимостью, которую агентство США внесло в список активно используемых... 20320Автономные системы наступают быстрее, чем инфраструктура для управления ими: кто выиграет... 20319Почему в OpenSSL нашли дыру, съедающую память серверов, но не дали ей даже номер CVE? 20317SonicWall SMA 1000: как два бага превратили VPN-шлюз в бэкдор для атакующих 20316Может ли уязвимость в клиенте Zoom для Windows открыть доступ к чужому аккаунту без... 20315TELEPUZ: новый вредонос на C, который научился прятаться в Telegram, Steam и блокчейне... 20314Дома из дёрна: как исландцы триста лет прятались от холода под слоем земли и травы 20313Как один токен от чужого сервиса мог впустить злоумышленника в чужой аккаунт n8n?
Ссылка