Физики нашли способ измерять большие квантовые системы, не воздействуя на них
Сам факт наблюдения за квантовыми системами может перестроить их. Более того, чем больше частиц собрано в группу, тем сложнее произвести «чистое» считывание системы. Коллектив физиков нашел способ следить за крупной квантовой системой больше суток, не влияя на нее.
Квантовые эффекты легко разрушаются от шумов, создаваемых окружением исследуемых объектов. Чтобы минимизировать помехи, физики создают небольшие контролируемые системы, иногда состоящие из пары атомов, которые приходится тщательно изолировать от окружающей среды — охлаждать, помещать в полную темноту и тишину. Крупные системы лучше подходят для практических применений, но в них сложнее сохранять квантовую природу происходящего из-за шумов, связанных с масштабированием объекта изучения.
Исследователи из Университета Джонса Хопкинса (США) разработали подход, значительно упрощающий изучение квантового мира. Созданная ими система работает макроскопическими спиновыми ансамблями, позволяет следить за их эволюцией во времени и напрямую наблюдать флуктуации спинов. Механизм исследования при этом не разрушает квантовые эффекты в системе. Чувствительность подхода настолько высока, что приближается к фундаментальному пределу, установленному законами квантовой механики. Статья об этом опубликована в журнале Nature Physics.
В основе экспериментального устройства лежит сверхпроводящая схема, данные с которой считывает СКВИД (сверхпроводящий квантовый интерферометр), чрезвычайно чувствительный детектор магнитного поля. Ученые поместили внутрь приемной катушки ядра фтора-19 в тефлоне и ядра водорода в нейлоне, катушку подключили к детектору. Всю систему охлаждали до сверхнизких температур, ниже одного кельвина. Такая установка смогла считывать информацию о спинах в системе через данные о магнитном резонансе без внешнего возбуждения.
Ученые использовали естественные тепловые флуктуации в сверхпроводящей микросхеме в качестве единственной движущей силы. Они настроили магнитное поле так, что частота спинового резонанса совпадала с резонансной частотой схемы. Это позволило исследователям понимать происходящее со спинами по изменению свойств сверхпроводящей схемы.
Измеренные флуктуации спиновых углов точно совпадали с теоретическими расчетами, масштабировались ожидаемым образом в зависимости от числа спинов и их поляризации. Это подтверждает, что ученые увидели именно шум квантовой спиновой проекции, а не паразитные шумы. Наблюдение продолжалось 26 часов.
«Предыдущие эксперименты приходили к той же точности при использовании ячеек с атомным паром, при которых в каждой ячейке находилось около 100 миллиардов атомов. Мы же достигли квантового предела точности на твердом образце с почти пятью секстиллионами (5×10²¹) спинов. Наименьший измеренный угол флуктуации составил всего девять нанорадиан — это чрезвычайно точное измерение. Примерно таков угловой размер человека, стоящего на Луне, если смотреть на него с Земли», — рассказал Александр Сушков (Alexander Sushkov), старший автор статьи.
По мнению ученых, их систему можно использовать для реализации неинвазивной спектроскопии магнитного резонанса, что даст исследовать материалы и не изменяя их свойства воздействием самого исследования. Это важно при работе со взрывоопасными и сверхчувствительными веществами.
Telegram 
Дзен 
VK С приходом летней жары кондиционер становится главным спасением в офисе и дома. Однако многие выставляют минимальную температуру, садятся под прямую струю холодного воздуха и забывают о чистке фильтров, а потом удивляются простуде, сухости в горле и огромным счетам за электричество. Можно ли охлаждать помещение эффективно и при этом не навредить здоровью? Оказывается, кондиционер сам дает множество подсказок о том, как им правильно пользоваться, нужно лишь понимать физику его работы и реакцию организма на перепады температур. Объяснил физические принципы работы климатической техники и рассказал о практических правилах безопасности старший преподаватель кафедры физики и технической механики РТУ МИРЭА Николай Зенченко.
Прогулки наедине с природой в абсолютной тишине существенно повышают риск опасного столкновения с дикими животными. К такому выводу пришли британские биологи, проанализировав базу данных почти 3,5 тысячи инцидентов между людьми и крупными зверями.
Ученые использовали квантовые процессоры для расчета поведения атомов внутри жидкой соли, из которой образуется топливо для термоядерного синтеза. Модель с высокой точностью рассчитала химические связи внутри заряженной жидкости. Это поможет инженерам быстрее подобрать состав компонентов для будущих электростанций.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
С приходом летней жары кондиционер становится главным спасением в офисе и дома. Однако многие выставляют минимальную температуру, садятся под прямую струю холодного воздуха и забывают о чистке фильтров, а потом удивляются простуде, сухости в горле и огромным счетам за электричество. Можно ли охлаждать помещение эффективно и при этом не навредить здоровью? Оказывается, кондиционер сам дает множество подсказок о том, как им правильно пользоваться, нужно лишь понимать физику его работы и реакцию организма на перепады температур. Объяснил физические принципы работы климатической техники и рассказал о практических правилах безопасности старший преподаватель кафедры физики и технической механики РТУ МИРЭА Николай Зенченко.
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.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
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