В основе экспериментальной установки находится атомный чип в вакуумной камере в лаборатории Шмидмайера в Атомном институте Технического университета Вены в Вене.
Кредит: Томас Швайглер

Группа физиков пролила свет на определенные свойства квантовых систем, наблюдая, как их колебания распространяются во времени. Исследование предлагает понимание сложного явления, лежащего в основе квантовых вычислений — метода, который может выполнять определенные вычисления значительно эффективнее, чем обычные вычисления.

«В эпоху квантовых вычислений жизненно важно дать точную характеристику систем, которые мы создаем», — объясняет Дрис Селс, доцент физического факультета Нью-Йоркского университета и автор статьи, опубликованной в журнале Nature, Физика. «Эта работа реконструирует полное состояние квантовой жидкости в соответствии с предсказаниями квантовой теории поля, аналогичной тем, которые описывают фундаментальные частицы в нашей Вселенной».

Селс добавляет, что прорыв дает надежду на технический прогресс.

«Квантовые вычисления основаны на способности генерировать запутанность между различными подсистемами, и это именно то, что мы можем исследовать с помощью нашего метода», — отмечает он. «Возможность делать такие точные характеристики также может привести к созданию лучших квантовых датчиков — еще одной области применения квантовых технологий».

Исследовательская группа, в которую входили ученые из Венского технологического университета, Швейцарской высшей технической школы Цюриха, Свободного университета Берлина и Института квантовой оптики им. Макса Планка, провела томографию квантовой системы — реконструкцию определенного квантового состояния с целью поиск экспериментальных подтверждений теории.

Исследуемая квантовая система состояла из ультрахолодных атомов — медленно движущихся атомов, движение которых легче анализировать из-за их почти нулевой температуры, — захваченных на атомном чипе.

В своей работе ученые создали две «копии» этой квантовой системы — сигарообразные облака атомов, которые эволюционируют во времени, не влияя друг на друга. На разных этапах этого процесса команда провела серию экспериментов, которые выявили корреляции двух копий.

«Построив всю историю этих корреляций, мы можем сделать вывод о начальном квантовом состоянии системы и извлечь его свойства», — объясняет Селс. «Изначально у нас есть очень сильно связанная квантовая жидкость, которую мы разделяем на две части, чтобы она развивалась как две независимые жидкости, а затем мы рекомбинируем ее, чтобы выявить рябь в жидкости.

«Это все равно, что наблюдать за рябью в пруду после того, как бросили в него камень, и делать выводы о свойствах камня, таких как его размер, форма и вес».