Квантов скокът, който никой не очакваше

Представете си, че настройвате китарна струна, толкова мъничка, че се подчинява на квантовите правила, а не на обикновената физика. Ето какво сториха физиците от Оксфорд – и то по начин, който е истинско вдъхновение.

На 1 май екипът им публикува в Nature Physics откритие за първи път създадено четвърторедово свиване (quadsqueezing). Името звучи като от фантастичен филм, но чакайте – това е голямо нещо за квантовите технологии.

Защо да ви е притрябвало това свиване?

В квантовата механика не можеш да измериш две свойства едновременно с перфектна точност. Като позиция и импулс – ако знаеш къде точно е нещото, не можеш да кажеш колко бързо се движи. Това е закон на Вселената.

Но учените откриха трик: свиването. Не нарушават правилото, а го пренареждат. Увеличават точността на едно свойство и приемат повече несигурност в другото. Като да жертваш точност тук, за да спечелиш там.

Това не е само за лаборатория. Детекторите LIGO, които улавят гравитационни вълни от сблъсъци на черни дупки, ползват точно такова свивано светло. Страхотно, нали?

Проблемът: от просто към сложно

Обикновеното свиване е полезно, но какво с по-сложните версии? Теоретиците говорят за треторедово и четвърторедово. Проблемът? Те са слаби и шумът ги залива мигновено.

Години наред тези ефекти бяха като митичен звяр – знаеха се, но никой не ги е хванал.

Гениалният трик, който промени всичко

Екипът от Оксфорд обърна проблема наопаки. Вместо да се бият с квантовите сили, ги накараха да си сътрудничат.

Взеха два контролирани удара върху един капанен йон и ги комбинираха. Квантовата странност: редът има значение. Удар А после Б не е като Б после А. Това се нарича некомутативност и обикновено създава беля.

Но д-р Оана Бъзъван и екипът си рекоха: ами ако го използваме нарочно?

Така струпаха силите, усилиха се взаимно и създдоха мощни квантовите връзки. Две беля стана решение.

От теория към реалност – бързо и яко

Експериментът е шок. С една и съща апаратура смениха типовете свиване, като регулираха честоти, фази и сила. Получиха стандартно, треторедово и за първи път четвърторедово – на всяка платформа.

Най-лошото? Създадоха го над 100 пъти по-бързо, отколкото се очакваше. Ефекти, които трябваше да са невъзможни, сега са видими и полезни.

Провериха с движението на йона – моделите паснаха идеално. Квантовите следи са кристално чисти.

Какво следва?

Оксфордците не спират. Разширяват метода за системи с няколко движения. Инструментите са стандартни в лабораториите по света, така че ще се разпространи бързо.

Възможностите? По-добри сензори за гравитационни вълни, стабилни квантови компютри, симулации на невъзможни системи.

Д-р Рагхавендра Сринивас, ръководителят, каза: отворили са врата към "неизследвана територия" в квантовата физика.

По-широката картина

Не е само техниката, макар да е впечатляваща. Вълнува ме смяната в мисленето – взеха проблем (некомутативността) и я превърнаха в предимство. Така науката напредва.

Живеем златна ера на квантовите технологии. Всеки такъв пробив ни доближава до работещи квантови компютри, сензори за невидими неща и нови физически открития.

Всичко започна с въпрос: "Ами ако вместо да се бием с квантовата лудост, я използваме?"

Гениално, а?