Швейцарські науковці досягли «чистого» квантового стану без охолодження

Дослідники з Федеральної вищої технічної школи Цюриха (ETH Zurich) продемонстрували об’єкт у «чистому» квантовому стані без необхідності в низькотемпературному середовищі. 

Команда під керівництвом професора фотоніки Мартіна Фріммера змогла утримувати в оптичній левітації нанокластер із трьох скляних сфер діаметром у десять разів меншим за товщину людського волосся. Використовуючи оптичний прилад і лазерне випромінювання, вони «усунули» дію гравітації та досягли майже повної нерухомості об’єкта.

Левітацію вдалося забезпечити завдяки оптичним пінцетам, які дозволяють маніпулювати мікроскопічними об’єктами за допомогою лазерів.

Хоча кластер залишався завислим, він здійснював мікроскопічні коливання з частотою близько мільйона відхилень на секунду на кілька тисячних градуса. Це так звані нульові коливання — фундаментальний квантовий рух, притаманний усім об’єктам.

ETH Zurich вперше змогли настільки точно зафіксувати ці рухи для об’єкта такого розміру, усунувши більшість класичних фізичних впливів: 92% зафіксованих коливань були квантовими, лише 8% — класичними. І все це досягнуто при кімнатній температурі, без складних і дорогих систем охолодження.

Фріммер назвав результати «ідеальним стартом» для подальших досліджень, які можуть знайти застосування у сенсорах, що вимірюватимуть надзвичайно слабкі сили — від молекул газу до елементарних частинок, а також у пошуках темної матерії.

У майбутньому квантові сенсори можуть використовуватися в медичній діагностиці для фіксації слабких сигналів на фоні шуму чи у навігаційних системах без доступу до GPS. На відміну від традиційних підходів, нова технологія проста, відносно дешева й не потребує енерговитратного охолодження.

Нагадаємо, у липні науковці з Інституту фотонних квантових систем (PhoQS) та Центру паралельних обчислень (PC2) при Університеті Падерборна в Німеччині розробили відкритий симулятор для моделювання поведінки світла в квантових системах.