Физики сделали самый быстрый симулятор квантовых систем — Naked Science
16.11.2016
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).

Позавчера, 20:14
7 минут
Полина Гершберг

Клеточные линии человека с «лицом эльфа» помогли ученым подтвердить, что древние люди одомашнили сами себя.

Вчера, 14:09
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи полагают, что усваивание алкоголя, возможно, позволило предкам человека разумного возвыситься над другими видами.

Вчера, 13:16
2 минуты
Илья Ведмеденко

Российское телевидение показало, что находится внутри так называемого ядерного чемоданчика — устройства, содержащего коды, которые в случае необходимости должны привести в действие ядерный арсенал страны.

4 декабря
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

4 декабря
2 минуты
Илья Ведмеденко

По мнению информаторов Центрального разведывательного управления США, СССР мог располагать огромным танком массой в 120 тонн.

Позавчера, 20:14
7 минут
Полина Гершберг

Клеточные линии человека с «лицом эльфа» помогли ученым подтвердить, что древние люди одомашнили сами себя.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

18 ноября
4 минуты
Сергей Васильев

Накопление эпигенетических модификаций ДНК позволило провести параллели между возрастом собак и людей и найти новую формулу для пересчета одного в другой.

4 декабря
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: