Экспериментальная установка для захвата ионов, используемая для генерации семейства сжатых состояний. Ион удерживается между электродными структурами и контролируется с помощью точно настроенных лазерных полей.
Ученые из Оксфордского университета совершили прорыв в квантовой физике. Они впервые экспериментально реализовали и контролировали сложные взаимодействия так называемого «квадсжатия». Новый подход позволяет создавать и управлять ранее недостижимыми квантовыми эффектами, открывая путь к развитию квантовых вычислений, сенсорики и моделирования, пишет Phys.org.
В основе многих физических систем лежат квантовые гармонические осцилляторы — объекты, которые вибрируют подобно маятнику. Это могут быть световые волны, колебания молекул или движение захваченного иона. Управление этими вибрациями — ключ к созданию новых технологий.
Одним из фундаментальных явлений является квантовое сжатие. Согласно законам механики, невозможно одновременно точно измерить некоторые пары свойств, например, положение и импульс. Сжатие перераспределяет эту неопределенность: одно свойство становится более определенным, а другое — менее. Эта технология уже применяется, например, в детекторах гравитационных волн LIGO для повышения их чувствительности.
Однако ученые давно стремились пойти дальше и создать более сложные взаимодействия — трисжатие и квадсжатие (взаимодействия третьего и четвертого порядка). До сих пор это было практически невозможно, так как эффекты высших порядков чрезвычайно слабы и быстро затухают на фоне шума. Оксфордская команда нашла оригинальное решение этой проблемы. Вместо того чтобы напрямую усиливать слабое взаимодействие, они применили к одному захваченному иону две разные, но тщательно контролируемые силы.
«В лаборатории некоммутирующие взаимодействия часто воспринимаются как помеха. Здесь мы применили противоположный подход и использовали эту особенность для генерации более сильных квантовых взаимодействий», — поясняет ведущий автор исследования доктор Оана Бэзаван.
Взаимодействие сил создало новый, более мощный эффект благодаря некоммутативности — явлению, при котором порядок применения сил влияет на конечный результат. Это позволило не просто суммировать их действие, а получить качественно новое, более сильное взаимодействие. Используя эту методику, ученые смогли не только генерировать обычное сжатие, но и впервые в истории реализовать квадсжатие. Они могли гибко переключаться между разными типами сжатия, изменяя параметры сил.
Изображение показывает две некоммутирующие силы, порождающие нелинейные взаимодействия. Их совместное действие создает более богатую динамику, чем любая из этих сил по отдельности.«Результат — это не просто создание нового квантового состояния. Это демонстрация нового метода проектирования взаимодействий», — отмечает доктор Бэзаван. По словам эксперта, эффект был получен более чем в 100 раз быстрее, чем при использовании традиционных подходов.
Специалисты подтвердили свои результаты, реконструировав квантовые состояния движения иона и обнаружив характерные формы, соответствующие разным порядкам сжатия. Ожидается, что в будущем технология может стать общим путем для развития квантовых технологий на различных платформах. Она позволит моделировать сложные физические системы и создавать новые типы сверхточных датчиков.
Ранее физики измерили «отрицательное время» в лабораторных условиях. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
