• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
9 июля, 13:39
ФизТех
315

Контроль над «танцующими» квантовыми вихрями открыл путь к новым вычислительным технологиям

❋ 4.5

Международная группа физиков-теоретиков из Китая и России предложила и детально смоделировала новый способ управления экзотическими квантовыми объектами — «вихревыми молекулами». Эти устойчивые, вращающиеся пары или группы квантовых вихрей удалось сформировать в уникальной среде, известной как экситон-поляритонный конденсат. Изучение динамики вихрей в поляритонных конденсатах может привести к новым способам контроля света и материи на микроуровне и сделать квантовые технологии более эффективными.

Плата новейшего квантового компьютера D-Wave / © Steve Jurvetson, en.wikipedia.org

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review B. В последние десятилетия физики проявляют огромный интерес к экситон-поляритонам — гибридным квазичастицам, которые являются своего рода химерой света и материи. Они рождаются в полупроводниковых микрорезонаторах, где фотоны (частицы света) и экситоны (возбужденные состояния электронов) настолько сильно взаимодействуют, что начинают вести себя как единое целое.

Благодаря своей световой компоненте поляритоны обладают очень легкой массой — в сотни тысяч раз легче свободных электронов.Это свойство позволяет им формировать конденсат Бозе-Эйнштейна — особое состояние вещества, где множество частиц ведут себя как одна гигантская квантовая волна — при температурах, значительно превышающих те, что требуются для превращения обычных газов в конденсат Бозе-Эйнштейна, вплоть до комнатной. Эта «квантовая жидкость из света и материи» постоянно подпитывается энергией от внешнего лазера и одновременно теряет ее, что делает ее уникальной неравновесной системой, в которой наблюдается множество необычных и сложных физических явлений.

Одним из таких явлений являются квантовые вихри — крошечные торнадо в поляритонном конденсате, каждый из которых несет в себе квант вращения. Подобно тому как атомы могут объединяться в молекулы, ученые давно стремились заставить вихри образовывать стабильные связанные состояния, так называемые «вихревые молекулы». Однако на этом пути стояла фундаментальная проблема: вихри с одинаковым направлением вращения естественным образом отталкиваются друг от друга. Чтобы удержать их вместе, требовалась некая притягивающая сила. Предыдущие подходы предполагали создание искусственных «ловушек» или «колышков» путем локального изменения интенсивности лазерной накачки, но это лишало вихри свободы движения и мешало изучать их естественную динамику.

Коллектив ученых поставил перед собой задачу: создать условия, в которых вихри могли бы свободно двигаться и взаимодействовать, но при этом были бы ограничены в пространстве притягивающей силой. Решение оказалось столь же изящным, сколь и эффективным. Исследователи предложили использовать однородную лазерную накачку в виде диска с конечным, но не резким, а сглаженным краем.

Алексей Кавокин, директор Международного центра теоретической физики имени А. А. Абрикосова МФТИ, так прокомментировал суть подхода: «Мы искали способ создать для вихрей своего рода «идеальную игровую площадку», где два вихря не были бы привязаны к конкретным точкам, но держались бы вместе, образуя вихревую молекулу. Оказалось, что для этого не нужны сложные ухищрения и внешние силы. Наша модель показала, что сама природа поляритонного конденсата как открытой системы, где постоянно происходит приток и потеря энергии, порождает удивительный эффект. На границе области накачки возникает сила притяжения, которая мягко подталкивает вихри к центру, где они сближаются друг с другом и начинают вести себя как единая молекула. Граница области накачки,  то есть граница света и тени, отражает налетающие на нее вихри подобно тому, как стенки чашки чая отражают водовороты, образующиеся, когда мы размешиваем в чае сахар. Внутри нашей световой «чайной чашки» вихри абсолютно свободны».

Используя численное моделирование на основе обобщенного уравнения Гросса-Питаевского, описывающего динамику конденсата, ученые поместили два вихря в такую световую ловушку и проследили за их движением. Вместо того чтобы разлететься, вихри начали исполнять сложный и упорядоченный парный танец. Их взаимное отталкивание было идеально сбалансировано силой, отталкивающей их от границы, в результате чего образовалась стабильная, динамически вращающаяся вихревая молекула.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
19 августа, 14:32
ФизТех

Физики из МФТИ и Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» разработали новую теоретическую модель, которая разрешает многолетние противоречия в описании одной из самых опасных неустойчивостей плазмы в установках термоядерного синтеза. Предложенный подход позволяет точнее предсказывать поведение плазменного шнура и открывает путь к созданию более надежных систем управления для будущих термоядерных реакторов, включая международный проект ITER.

19 августа, 12:09
Елена Авдеева

Биотехнологи из Ноттингемского университета (Великобритания) воспроизвели процесс естественной ферментации какао-бобов в лаборатории, чтобы проверить, можно ли улучшить вкус готового продукта «вручную». Оказалось, что правильно подобранная колония микроорганизмов может внести свои нотки и определить качество будущего шоколада.

19 августа, 11:08
ПНИПУ

В системе Альфа Центавра, расположенной всего в 4,5 световых годах от Земли, обнаружена новая экзопланета. Хотя ее поверхность кажется необитаемой, астрономы не исключают, что на ее возможных спутниках могут идти биологические процессы. Ученый Пермского Политеха рассказал, почему это открытие может перевернуть наше представление о механизмах формирования планет.

16 августа, 19:09
Адель Романова

Астрономы подсчитали, что с поверхности летящего по Солнечной системе межзвездного объекта 3I/ATLAS каждую секунду испаряется около 40 килограммов водяного льда. Такую сильную кометную активность он проявил, будучи в три с половиной раза дальше Земли от Солнца. По мнению ученых, это довольно необычно.

18 августа, 11:11
Денис Яковлев

За последнее десятилетие ученые создали несколько сложных систем «мозг — компьютер», которые позволяли преобразовывать мозговую активность людей, лишившихся способности говорить из-за различных заболеваний, в речь. Однако до сих пор удавалось расшифровать лишь небольшое количество слов. Теперь в США создали алгоритм, благодаря которому удалось распознать до 54 процентов «речи».

15 августа, 08:25
Любовь С.

Изображение блазара PKS 1424+240, полученное с помощью радиоинтерферометра VLBA, напомнило астрономам легендарное «Око Саурона» из «Властелина колец» — джет, пронизывающий кольцеобразное магнитное поле объекта, устремлен к нашей планете, а сам блазар может оказаться одним из наиболее ярких источников нейтрино в космосе.

25 июля, 07:47
Адель Романова

Прибывшая из межзвездного пространства предполагаемая комета 3I/ATLAS движется по траектории, максимально удобной для гравитационных маневров управляемого корабля, при этом возможность ее отслеживания с Земли практически минимальна. По мнению некоторых ученых, такое «поведение» объекта наводит на определенные мысли.

6 августа, 20:59
Татьяна Пичугина

Примерно 12 800 лет назад в Северном полушарии началось резкое изменение климата, которое сопровождалось вымиранием мегафауны и угасанием культуры Кловис. Такое могло произойти, например, из-за прорыва пресных вод в Атлантику или мощного вулканического извержения. Несколько лет назад ученые обнаружили места на суше с повышенным содержанием элементов платиновой группы, прослоями угля, микрочастицами расплава. По их мнению, это может быть признаком пребывания Земли в потоке обломков кометы или астероида. В новой работе впервые представлены доказательства кометного события в позднем дриасе из морских осадочных толщ.

22 июля, 14:44
ФизТех

Команда исследователей из Сколтеха, МФТИ, Института искусственного интеллекта AIRI и других научных центров разработала метод, позволяющий не просто отличать тексты, написанные человеком, от сгенерированных нейросетью, но и понимать, по каким именно признакам классификатор принимает решение о том, является ли текст генерацией или нет.  Анализируя внутренние состояния глубоких слоев языковой модели, ученые смогли выделить и интерпретировать численные признаки, отвечающие за стилистику, сложность и «степень уверенности» текста.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Закрыть
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно