Физики смогли удержать атомы в состоянии суперпозиции 23 минуты
Китайские исследователи удерживали изотоп иттербия-173 в состоянии «кота Шредингера» более 20 минут. Эта работа приблизила точность измерений фазового сдвига квантовой системы к теоретически возможному пределу.
Метрология — наука, занимающаяся вопросами измерений, их точности и методов проведения. В квантовой метрологии спины частиц выступают инструментом для измерения магнитных полей, инерции и других физических явлений. Кроме того, они открывают возможность исследовать новую физику за пределами Стандартной модели.
Китайские физики сосредоточились на изучении состояния «кота Шредингера» — суперпозиции, представляющей собой одновременное существование двух противоположно направленных и максимально удаленных состояний спина в одном атоме. Такое состояние атомов обладает уникальными преимуществами для проведения точных измерений в квантовых системах.
Главным вызовом для применения состояний «кота Шредингера» в экспериментах остается поддержание достаточной продолжительности когерентности — состояния, в котором сохранены суперпозиция спинов и четкое разделение между их фазами.
Чтобы преодолеть эту проблему, научная группа под руководством профессора Лу Чжэнтяня (Lu Zhengtian) и исследователя Ся Тяня (Xia Tian) из Университета науки и технологии Китая (USTC) использовала примерно 10 тысяч атомов изотопа иттербия-173 (¹⁷³Yb), обладающих спином (5/2).
Ученые охладили атомы почти до абсолютного нуля и удержали их в стабильном положении с помощью лазера. В таких условиях квантовые состояния атомов можно контролировать с высокой точностью, и физики поместили каждый атом в состояние суперпозиции с двумя очень далекими спинами: +5/2 и -5/2.
Состояние суперпозиции спинов, «кота Шредингера», демонстрирует повышенную чувствительность к магнитному полю. Кроме того, оно устойчиво к шумам, связанным со случайными изменениями интенсивности лазеров и пространственными неидеальностями решетки, в которую помещены изотопы иттербия-173.
Обычно суперпозиция остается стабильной миллисекунды, но в этом эксперименте физикам удалось удержать состояние «кота Шредингера» более 20 минут. Для подтверждения времени когерентности проверяли чувствительность к фазовым сдвигам. Фазовый сдвиг связан с вращением спинового вектора атомов в суперпозиции. Он приводит к изменению относительной фазы между состояниями, что можно измерить с помощью техники под названием интерферометрия Рамси.
Результаты новой научной работы подтвердили, что измерения фазы приближаются к пределу Гейзенберга. Это теоретически максимально возможная точность измерения фазы в квантовых системах, ограниченная фундаментальными законами квантовой механики. Такая точность подтверждает эффективность используемой техники и устойчивость состояния «кота Шредингера».
Долговременное состояние суперпозиции атомов иттербия-173 открывает новые перспективы для атомной магнитометрии, квантовых вычислений и исследований физики за пределами Стандартной модели. Результаты исследования расширяют возможности метрологии и технологий, связанных с квантовыми вычислениями и сенсорами.
Статья ученых опубликована в журнале Nature Photonics.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Физики экспериментально подтвердили эффективность ионно-плазменного метода удаления радиоактивных загрязнений с поверхностей металлоконструкций ядерных реакторов. Новая технология позволяет очищать внутриконтурное оборудование от отложений сложного химического состава без образования опасных жидких радиоактивных отходов. Благодаря этому она даст возможность повторно использовать реакторные сплавы и снизит затраты на их переработку.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии