Учёные обнаружили механизм управления атомами в «тёплых» условиях — это меняет подход к квантовым технологиям

11.03.2025 09:03:00 | iXBT.com

Исследовательская группа под руководством профессора Михала Томзы с физического факультета Варшавского университета и профессора Рои Озера из Института науки Вейцмана опровергла устоявшееся представление о невозможности управления межатомными столкновениями при температурах выше ультрахолодных.

Результаты работы демонстрируют, что контроль над квантовыми взаимодействиями может сохраняться даже в условиях, которые ранее считались «классическими».

До сих пор считалось, что при температурах, близких к абсолютному нулю, столкновения атомов подчиняются простым законам, а их исход можно регулировать с помощью магнитного поля. Однако с ростом температуры увеличивается кинетическая энергия частиц, что усложняет механизм взаимодействий и делает управление ими практически невозможным. Новое исследование показало, что это не всегда так.

Иллюстрация: нейросеть DALL-E

Учёные изучили столкновения атомов рубидия и катионов стронция при температурах, значительно превышающих ультрахолодный режим. Как объяснил доктор Мэтью Д. Фрай: «Мы рассчитывали лишь воспроизвести экспериментальные данные, чтобы проверить корректность нашей модели. Однако результаты не только совпали с наблюдениями — они указали на возможность управления столкновениями в условиях, которые до сих пор считались слишком „тёплыми“ для квантового контроля».

Ключевым открытием стало обнаружение неожиданной упорядоченности в столкновениях при повышенных температурах. Несмотря на высокую кинетическую энергию, распределение которой обычно усложняет процесс, исследователи выявили структуру, позволяющую влиять на исход взаимодействий.

Хотя эксперименты сосредоточены на паре рубидий-стронций, аналогичные закономерности могут существовать и в других системах.

«Возможность квантового контроля в условиях, которые кажутся классическими, способна упростить будущие эксперименты и расширить понимание границы между квантовым и классическим мирами. Это также ставит вопросы о роли квантовых эффектов в „нетипичных“ условиях», — подчеркнул профессор Томза.

Открытие имеет практическое значение для квантовых технологий, где управляемые взаимодействия между ионами и атомами критически важны. Современные квантовые компьютеры требуют охлаждения частиц до сверхнизких температур, поэтому методы, позволяющие сохранять контроль при меньших затратах энергии, могут стать шагом к созданию более эффективных устройств.

Дальнейшие эксперименты необходимы для подтверждения результатов, но уже сейчас работа варшавских и израильских учёных открывает новые горизонты как для фундаментальной науки, так и для прикладных исследований. По словам профессора Томзы, это «мост между теорией и технологиями будущего», где квантовые явления смогут работать в менее экстремальных условиях.

Подробнее