Ssylka

Сверхизлучательная фаза: прорыв в квантовой физике, открывающий новые горизонты технологий

Впервые зафиксированная сверхизлучательная фазовая переходная (SRPT) в магнитном кристалле, состоящем из эрбия, железа и кислорода, стала поворотным моментом в исследовании коллективных квантовых состояний. Открытие, осуществлённое в лаборатории Университета Райса, подтверждает предсказания, сделанные более полувека назад, несмотря на длительные споры, вызванные так называемой теоремой «no-go», которая долгое время считалась препятствием для реализации SRPT в оптических системах.
Сверхизлучательная фаза: прорыв в квантовой физике, открывающий новые горизонты технологий
Изображение носит иллюстративный характер

Экспериментальная установка включала охлаждение кристалла до экстремально низкой температуры — минус 457°F — и воздействие магнитным полем до 7 тесла, что превышает земное магнитное поле в сотню тысяч раз. Для регистрации квантовых эффектов использовались передовые спектроскопические методы. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.

Суть SRPT заключается в коллективном и самопроизвольном согласовании двух различных групп квантовых частиц, проявляющемся в образовании нового состояния материи. В классических теориях такой переход предполагал участие фотонов, однако, как пояснила ведущий автор исследования, аспирантка программы прикладной физики Университета Райса Дасом Ким: «Мы реализовали этот переход, связав два независимых магнитных подсистемы — спиновые флуктуации ионов железа и ионов эрбия внутри кристалла». Ионы железа обеспечивают коллективные возбуждения спинов, известные как магноны, в то время как ионы эрбия создают собственные спиновые флуктуации.

Экспериментальные данные однозначно указывают на наступление SRPT: энергетический сигнал одной спиновой моды исчезает, а другая демонстрирует резкий спектральный излом. Такие особенности полностью соответствуют теоретическим моделям сверхизлучательной фазы. По словам исследователя Сохайла Дасгупты, занимавшегося теоретическим анализом совместно с Каденом Хаззардом, «когда теория совпадает с экспериментальными данными — а это бывает довольно редко — для учёного это лучшее ощущение».

Ключевой особенностью работы стало преодоление теоретических ограничений. В отличие от оптических систем, где SRPT блокировалась теоремой «no-go», учёным удалось инициировать фазовый переход в магнитном кристалле за счёт взаимодействия двух подсистем спинов, что стало первой реализацией магнонной версии SRPT. Было установлено ультрасильное взаимодействие между спиновыми системами железа и эрбия.

С точки зрения прикладных перспектив, коллективные квантовые состояния, возникающие при сверхизлучательном фазовом переходе, открывают новые возможности для квантовых вычислений, коммуникаций и сенсоров. Вблизи критической точки SRPT наблюдаются так называемые квантово-выжатые состояния, при которых шум снижается, а точность измерений возрастает. Такие эффекты способны радикально повысить чувствительность и достоверность квантовых сенсоров и вычислительных систем.

Открытие также служит основой для дальнейших исследований в области материаловедения, поскольку кристалл относится к широкой группе магнитных материалов, потенциально способных проявлять аналогичные квантовые явления. Разработанная концепция предоставляет новый инструмент для понимания и управления внутренними квантовыми взаимодействиями в твёрдых телах.

Важную роль в исследовании сыграли профессор Каден Хаззард, под руководством которого велось теоретическое моделирование, а также профессор Мотоаки Бамба из Йокогамского национального университета, разработавший базовую математическую модель SRPT. Профессор Дзюнъитиро Коно, ведущий инженер и материаловед, отметил: «Демонстрация формы SRPT, полностью обусловленной взаимодействием двух внутренних флуктуаций материи, является значительным прорывом в квантовой физике».

По мнению Кадена Хаззарда, это открытие «открывает новый способ создания и управления фазами материи с использованием идей квантовой электродинамики резонаторных систем». Новые эксперименты и теоретические подходы обещают не только подтвердить фундаментальные представления о природе коллективных квантовых явлений, но и вывести на новый уровень развитие квантовых технологий.


Новое на сайте

17902Lufthansa заменит 4000 административных сотрудников искусственным интеллектом 17901Каков истинный срок годности генетической информации? 17900Сможет ли закон догнать искусственный интеллект, предлагающий психотерапию? 17899Цепная реакция заражения листерией из-за одного поставщика 17898Холодный расчет: как современная наука изменила правила стирки 17897Деревянная начинка: массовый отзыв корн-догов из-за угрозы травм 17896Случайное открытие, спасшее 500 миллионов жизней 17895Мастерство мобильной съемки: полное руководство по камере iPhone 17894Что мог рассказать личный набор инструментов охотника эпохи палеолита? 17893Почему крупнейшая звездная колыбель млечного пути производит непропорционально много... 17892Обречены ли мы есть инжир с мертвыми осами внутри? 17891Почему AI-помощникам выгодно лгать, а не признавать незнание? 17890Является ли творчество искусственного интеллекта предсказуемым недостатком? 17889Как каланы цепляются за надежду? 17888Расшифрованный код древнего Египта