Физики сделали самый быстрый симулятор квантовых систем — Naked Science
16.11.2016
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.
30 июля
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

30 июля
Сколтех

Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили самый продолжительный на сегодня случай заболевания Covid-19 у пациентки с ослабленным иммунитетом, которая болела 318 дней. Исследование позволило выявить мутации, которые помогают коронавирусу SARS-CoV-2 избегать клеточного иммунитета.

31 июля
Василий Парфенов

Изучение загадочной короны черной дыры, образованной рентгеновским излучением, преподнесло интересное открытие. Космические телескопы XMM-Newton и NuSTAR смогли «увидеть» свет, отраженный веществом сразу позади невероятно массивного объекта. И хотя это очередной раз подтверждает общую теорию относительности, про основной объект исследований ученые почти не получили новых данных.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

11 июля
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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: