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

19521Банковский троян VENON на Rust атакует Бразилию с помощью девяти техник обхода защиты 19520Бонобо агрессивны не меньше шимпанзе, но всё решают самки 19519Почему 600-килограммовый зонд NASA падает на Землю из-за солнечной активности? 19518«Липовый календарь»: как расписание превращает работников в расходный материал 19517Вредоносные Rust-пакеты и ИИ-бот крадут секреты разработчиков через CI/CD-пайплайны 19516Как хакеры за 72 часа превратили npm-пакет в ключ от целого облака AWS 19515Как WebDAV-диск и поддельная капча помогают обойти антивирус? 19514Могут ли простые числа скрываться внутри чёрных дыр? 19513Метеорит пробил крышу дома в Германии — откуда взялся огненный шар над Европой? 19512Уязвимости LeakyLooker в Google Looker Studio открывали доступ к чужим базам данных 19511Почему тысячи серверов оказываются открытой дверью для хакеров, хотя могли бы ею не быть? 19510Как исследователи за четыре минуты заставили ИИ-браузер Perplexity Comet попасться на... 19509Может ли женщина без влагалища и шейки матки зачать ребёнка естественным путём? 19508Зачем учёные из Вены создали QR-код, который невозможно увидеть без электронного... 19507Девять уязвимостей CrackArmor позволяют получить root-доступ через модуль безопасности...
Ссылка