Нелокальные скирмионы как топологически устойчивые квантово-запутанные состояния света

Физики демонстрируют, что квантовая запутанность и топология неразрывно связаны между собой. Впервые продемонстрирована способность возмущать пары пространственно разделенных, но связанных между собой квантово-запутанных частиц без изменения их общих свойств. Учёные, запутав два одинаковых фотона и настроив их общую волновую функцию таким образом, что их топология или структура становятся очевидными только тогда, когда фотоны рассматриваются как единое целое, установили связь между этими фотонами посредством квантовой запутанности. Исследование было опубликовано в журнале Nature Photonics 8 января 2024 года.

Созданы гигантские молекулы трилобита Ридберга

Из-за волновой природы электрона множественные столкновения в этих молекулах приводят к интерференционной картине, похожей на трилобит. Более того, длина связи молекулы равна длине ридберговской орбиты — намного больше, чем у любой другой двухатомной молекулы. А поскольку электрон так сильно притягивается атомом в основном состоянии, постоянный электрический дипольный момент чрезвычайно велик: более 1700 Дебая. Чтобы наблюдать эти молекулы, ученые разработали специальный вакуумный аппарат, способный создавать эти хрупкие молекулы при сверхнизких температурах.

Открытие магнитного жидкого кристалла или первое прямое наблюдение спиновых квадрупольных моментов в спин-нематической фазе

Впервые в мире, группе исследователей удалось напрямую наблюдать спиновые квадруполи. Эта работа стала возможной благодаря замечательным достижениям последних десятилетий в разработке синхротронных установок. Учёные IBS сосредоточились на оксиде иридия Sr₂IrO₄ с квадратной решеткой, известном своим антиферромагнитным диполярным порядком при низких температурах. Обнаружено сосуществование спинового квадруполярного порядка, который становится наблюдаемым благодаря его интерференции с магнитным порядком. Этот интерференционный сигнал был обнаружен с помощью «круговой дихроичной резонансной рентгеновской дифракции» — передовой рентгеновской технологии, в которой используется рентгеновский луч с круговой поляризацией.

Открыты новые квантовые фазы в низкоразмерных полярных системах

Известно, что квантовые флуктуации, вызванные нулевыми фононными колебаниями, предотвращают возникновение полярных фаз в объемных зарождающихся сегнетоэлектриках вплоть до нуля градусов Кельвина. Однако мало что известно о влиянии квантовых флуктуаций на недавно обнаруженные топологические закономерности в сегнетоэлектрических наноструктурах. Исследователи показали, как квантовые флуктуации влияют на топологию нескольких диполярных фаз в ультратонких сегнетоэлектрических оксидных пленках. Обнаружено, что квантовые флуктуации создают квантовую критическую точку, отделяющую решетку гексагональных пузырьков от жидкоподобного состояния, характеризующегося спонтанным движением, созданием и уничтожением полярных пузырьков при очень низких температурах. Кроме того, квантовые флуктуации могут вызывать новые квантовые фазы, и эти фазы проявляют обычные свойства, такие как отрицательное пьезоэлектричество.

Запутывание молекул по требованию в реконфигурируемом оптическом пинцете

Впервые команде физиков из Принстона удалось соединить вместе отдельные молекулы в особые состояния, которые квантово-механически «запутаны». В этих причудливых состояниях молекулы остаются коррелированными друг с другом и могут взаимодействовать одновременно, даже если они находятся на расстоянии нескольких миль друг от друга или даже если они занимают противоположные концы Вселенной. Это исследование было недавно опубликовано в журнале Science.

Логический квантовый процессор на основе реконфигурируемых массивов атомов

Команда физиков, компьютерщиков и специалистов по информационным машинам из Гарвардского университета, работая с коллегами из QuEra Computing Inc., Университета Мэриленда и Массачусетского технологического института, создала квантовый компьютер с самым большим в истории количеством логических квантовых битов. Логические кубиты — это группы кубитов, связанных посредством квантовой запутанности. Вместо того чтобы полагаться на избыточные копии информации в качестве протокола исправления ошибок, машины на основе логических кубитов полагаются на встроенную избыточность запутанности. Для этого нового исследования исследовательская группа создала квантовый компьютер с 48 логическими кубитами, что является наибольшим показателем.

Когерентный двухфотонный лидар с некогерентным светом

В отличие от традиционного когерентного лидара, где время когерентности является ограничивающим фактором, интерференционные полосы второго порядка в когерентном двухфотонном лидаре остаются незатронутыми коротким временем когерентности источника света, определяемым его спектральной полосой пропускания. Новое исследование показывает, что когерентный двухфотонный лидар устойчив к турбулентности и окружающему шуму, что знаменует собой значительный шаг вперед в применимости технологии лидар в сложных условиях.

Сбои во вращающихся сверхтвердых телах

Учёным удалось численно смоделировать сбои нейтронных звезд с помощью ультрахолодных диполярных атомов. Это исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, устанавливает прочную связь между квантовой механикой и астрофизикой. Ключевым моментом исследования является концепция «сверхтвердого тела» — состояния, которое проявляет как кристаллические, так и сверхтекучие свойства — которое, по прогнозам, является необходимым компонентом сбоев нейтронных звезд. Квантовые вихри гнездятся внутри сверхтвердого тела до тех пор, пока они все вместе не ускользнут и, следовательно, не будут поглощены внешней корой звезды, ускоряя ее вращение. Недавно сверхтвердая фаза была реализована в экспериментах с ультрахолодными диполярными атомами, что дало уникальную возможность смоделировать условия внутри нейтронной звезды.

Квантовое хранение запутанных фотонов на телекоммуникационных длинах волн в кристалле

Практическая реализация требует, чтобы информация, закодированная в квантовых системах, могла надежно храниться на частотах, используемых в телекоммуникационных сетях — возможность, которая еще не была полностью продемонстрирована. В статье для Nature Communications группа профессора Сяо-Сун Ма из Нанкинского университета сообщает о рекордно длинном квантовом хранилище на телекоммуникационных длинах волн на платформе, которая может быть развернута в расширенных сетях, открывая путь для практических крупномасштабных квантовых сетей. Показано, что даже после хранения фотона в течение 1936 наносекунд запутанность пары фотонов сохраняется. Это означает, что в течение этого времени квантовым состоянием можно манипулировать, как это требуется в квантовом повторителе. Кроме того, исследователи объединили свою квантовую память с новым источником запутанных фотонов на интегрированном чипе.

Представлена универсальная структура, описывающая шифрование квантовой информации в открытых системах

В последние годы физики пытались лучше понять, как квантовая информация распространяется в системах взаимодействующих частиц — явление, которое часто называют «скремблированием». Два исследователя из Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) и Гарвардского университета недавно представили новую структуру, опубликованную в Physical Review Letters, которая дает универсальную картину того, как происходит скремблирование информации в открытых квантовых системах. Их концепция предлагает особенно простую точку зрения на то, как понять и смоделировать распространение ошибок в открытой квантовой системе, и уже может помочь объяснить некоторые ранее загадочные наблюдения, полученные в экспериментах по магнитному резонансу.