Ученые создали "невидимую" материю для надежной работы квантовых компьютеров
Физики из Массачусетского технологического института (MIT) в США смогли сделать невидимой материю, необходимую для усовершенствования квантовых компьютеров. Результаты своего исследования они опубликовали в статье для журнала Science, передает Eurecalert.
Ученые долгое время пытаются найти решение главной проблемы квантовых вычислений — разрушение кубитов под воздействием окружающей среды, в том числе света. Около 30 лет назад была сформулирована гипотеза, что решением станет квантовое явление под названием "блокировка Паули". Команда из MIT впервые в истории добилась на практике эффекта, описанного ученым Вольфгангом Паули. Две другие команды ученых независимо друг от друга охладили два газа, состоящих из атомов калия и стронция, и получили похожие результаты.
Во время исследования физики охладили газ из изотопа лития в атомной ловушке, а затем и при помощи лазеров добились такой высокой плотности, что он начал рассеивать меньше света и стал полупрозрачным. Если же снизить температуру до абсолютного нуля (-273,15 градуса по Цельсию), то вещество станет попросту невидимым. Лазерные лучи были настроены так, что свет сталкивался только с атомами, движущимся в противоположном направлении и замедлял их.
В 1925 году принцип блокировки при рассеивании света сформулировал австрийский исследователь Вольфганг Паули. Согласно его теории, две и более частицы под названием фермионы (обладают полуцелым значением спина) не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. На каждом энергетическом уровне есть определенное количество таких состояний, и свободные электроны с такими же характеристиками вынуждены переходить на следующий энергетический уровень. Благодаря этому все частицы держатся на расстоянии друг от друга и не сталкиваются.
Когда же мельчайшая частица света, фотон, попадает в облако газа, то начинает метаться между фермионами, сталкиваться с ними, делая их видимыми. Но в очень холодной среде атомы максимально сближаются друг с другом, занимают все свободные ячейки на нижних уровнях и теряют возможность перескакивать на верхние уровни. В таких условиях фермионы не могут взаимодействовать с фотонами, позволяя им беспрепятственно проходить сквозь, как будто их не существует.
Исследовательская группа MIT определила, что охлажденные и плотно сжатые атомы лития рассеивали на 38% меньше света, чем то же вещество при нормальной температуре. Они предлагают использовать наработки для создания светоподавляющих материалов, которые будут сохранять данные в квантовых компьютерах.
"Когда мы контролируем квантовый мир, например в пределах квантовых систем, рассеяние света становится проблемой и означает, что информация просто утекает из вашего квантового компьютера. Но, похоже, мы нашли способ подавить рассеивание света, и тем самым внесли свой вклад в сферу управления атомным миром", — объяснил профессор Вольфганг Кеттерле.