Физици постигнаха квантово „хиперзаплитане“ на атоми с помощта на лазерни пинсети

Учени от Калифорнийския технологичен институт (Калтех) са разработили нов начин за манипулиране на отделни атоми с помощта на оптични пинсети от лазерна светлина и за създаване на състояние на хиперинтензивност. Това вероятно би могло да допринесе за нови форми на квантови изчисления и за напредък в квантовото моделиране, което би могло да помогне да се отговори на някои фундаментални въпроси във физиката.

Позволявайки манипулиране на отделни атоми, квантовите пинсети се използват от учените от Калтех от десетилетия – това им е помогнало да осигурят квантови корекции и да опишат метод за създаване на най-точните часовници в света.

Един от свързаните с този процес проблеми традиционно е естественото движение на атомите, което внася шум и грешки в квантовата система. В ново изследване учените показват как това свойство може да бъде използвано за добри цели.

В последния си проект учените са използвали това движение, за да създадат хиперинтенгирани групи от атоми. Конвенционалното квантово заплитане включва синхронизиране на две или повече частици и запазване на едно от техните свойства на огромни разстояния. Атомите в състояние на хиперзаплитане имат няколко еднакви свойства. В експеримента физиците от Калтех свързаха както състоянията на движение, така и електронните състояния (мярка за вътрешното енергийно ниво на атома) в двойка атоми.

„Това ни позволява да кодираме повече квантова информация на един атом. Получава се повече заплитане с по-малко ресурси.“

коментират постижението авторите на проекта

За да постигнат това състояние на хиперзаплитане, учените е трябвало да охладят неутрален атом на един от металите на алкалните земи по метод, включващ „откриване и последваща корекция на топлинните моторни възбуждания“ – движението му е било почти напълно спряно.

В следващия етап атомите били накарани да се колебаят като махала в две различни посоки едновременно, като по този начин се създаде състояние на суперпозиция, при което частицата приема едновременно противоположни стойности на свойствата. След това тези осцилиращи атоми бяха заплетени с двойки, съответстващи на движението им, и приведени в състояние на свръхзаплетеност чрез въвеждане на електронни състояния.

Целта на експеримента беше да се определят границите, в които могат да се контролират атомите.

„По същество ние изграждаме инструментариум. Знаехме как да контролираме електроните в атома, а сега научихме как да контролираме външното движение на атома като цяло – все едно атомът е играчка, която сте овладели напълно.“

казват учените

Те стигнаха до заключението, че е възможно да се включат нови състояния или свойства в хиперинтензията и това може да се използва на практика: в квантовите технологии, изчисленията, моделирането и прецизните измервания.