Физики сделали самый быстрый симулятор квантовых систем
4 минуты
Редакция

Физики сделали самый быстрый симулятор квантовых систем

Международная группа ученых разработала симулятор квантово-механической динамики множества частиц, который работает с пикосекундными взаимодействиями. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Изучение квантовых многочастичных систем важно для понимания физических и химических явлений, таких как магнетизм и сверхпроводимость. В экспериментах роль таких систем могут играть, например, ультрахолодные ридберговские атомы (их внешний электрон находится в «пограничном», высоковозбужденном состоянии), которые облучаются лазером (нано-, фемто- или пикосекундным). Однако до сих пор в этих временных масштабах ученые могли наблюдать только изолированные атомы или расфазировку взаимодействия двух тел.

 

В своей работе ученые из Гейдельбергского университета (Германия) и других учреждений создали квантовый симулятор, который может имитировать динамику систем из 20–40 ридберговских атомов. Для этого авторы использовали газообразный рубидий, атомы которого охлаждались до примерно 70 микрокельвин и облучались широкополосными пикосекундными лазерными импульсами с длиной волны 481 и 779 нанометров. При этом пиковая плотность атомов была чрезвычайно высокой — 1,3×1012 на кубический сантиметр.

 

Механизм работы симулятора. / © Nobuyuki Take et al., Nature Communications, 2016

 

Результаты показали, что новый симулятор позволяет вызывать ридберговское состояние атомов в диапазоне межатомных расстояний от микрометра до изолированного атома. С помощью интерферометрии авторы могли наблюдать расфазировку электронов с периодом колебаний в одну фемтосекунду и сдвиг фаз в аттосекундном масштабе. Показатели расфазировки и сдвига затем сравнивались с итогами теоретического моделирования. Таким образом ученые могли проследить атомные корреляции, которые не вписываются в теорию среднего поля.

 

По мнению исследователей, технология может быть воспроизведена при комнатной температуре — для этого необходим доплеровский сдвиг нужной величины. Помимо изучения фундаментальных явлений, симулятор можно использовать для совершенствования атомных часов на основе оптической решетки или индукции новых фаз, в которых электронная волновая функция пересекается с ридбероговскими атомами. Сейчас такие наблюдения невозможны из-за короткой продолжительности «пограничного» состояния (около 100 наносекунд).

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 09:33
4 минуты
Сергей Васильев

Одна из самых больших черных дыр обладает соответствующим аппетитом: имея массу около 34 миллиардов масс Солнца, она добавляет еще по одной каждый день.

1 июля
5 минут
Сергей Васильев

Точные данные о локализации центра масс Солнечной системы важны для поиска гравитационных волн, поэтому астрономы выяснили его с ошибкой не более 100 метров.

Вчера, 20:18
6 минут
Мария Кривоченко

Ученые давно догадывались, что животные предчувствуют землетрясения. Но до сих пор доказать это не получалось: одних наблюдений за тем, как их поведение меняется перед катаклизмом, не хватало. Группа европейских исследователей, наконец, смогла объяснить этот феномен.

27 июня
8 минут
Sergei Sobol

Уроки астрономии вернулись в российские школы в 2018 году. За то время, пока эта наука была необязательным предметом, в ней произошло много событий, не все из которых нашли отражение в учебниках. Кроме того, в них и раньше не были упомянуты многие интересные факты.

1 июля
5 минут
Мария Кривоченко

Один из детекторов Большого адронного коллайдера обнаружил новую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков. Физики полагают, что это первый представитель неописанного класса частиц.

1 июля
5 минут
Сергей Васильев

Точные данные о локализации центра масс Солнечной системы важны для поиска гравитационных волн, поэтому астрономы выяснили его с ошибкой не более 100 метров.

27 июня
8 минут
Sergei Sobol

Уроки астрономии вернулись в российские школы в 2018 году. За то время, пока эта наука была необязательным предметом, в ней произошло много событий, не все из которых нашли отражение в учебниках. Кроме того, в них и раньше не были упомянуты многие интересные факты.

1 июля
5 минут
Мария Кривоченко

Один из детекторов Большого адронного коллайдера обнаружил новую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков. Физики полагают, что это первый представитель неописанного класса частиц.

18 июня
9 минут
Sergei Sobol

Россия знала многих правителей. Сможете ли вы распознать их по следу, оставленному в истории?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: