Физики научились контролировать гигантские атомы для квантовых компьютеров

Американские исследователи совершили значительный прорыв в области квантовых технологий, сумев удержать под контролем гигантские атомы в течение рекордных 50 минут при комнатной температуре. Это достижение, как сообщает издание New Scientist, является важным шагом на пути к созданию более мощных квантовых компьютеров и симуляторов, поскольку оно решает одну из ключевых проблем — нестабильность квантовых состояний.

Суть квантовых вычислений заключается в кодировании информации путем изменения квантовых характеристик атомов с помощью лазеров или электромагнитных импульсов. Однако атомы имеют свойство спонтанно менять свои состояния, что приводит к ошибкам в вычислениях. Их полезный "срок жизни" ограничен, и до сих пор для его продления требовалось охлаждать всю экспериментальную установку до сверхнизких температур, что создавало значительные технические трудности.

Команда ученых из Университета Колорадо в Боулдере под руководством Чжэньпу Чжана и Синди Регал применила новый подход. Они использовали так называемые ридберговские атомы — атомы, которые значительно крупнее обычных из-за того, что некоторые их электроны находятся на большом удалении от ядра. Такие атомы особенно чувствительны к воздействию света и электромагнитных полей, что делает их удобными для манипуляций.

Для эксперимента исследователи поместили ридберговские атомы в специальный контейнер с медными стенками, которые охлаждались, в то время как основная часть установки оставалась при комнатной температуре. Из контейнера был откачан воздух, чтобы исключить помехи от других частиц. Затем с помощью лазерных лучей, действующих как "оптические пинцеты", ученые захватывали и удерживали каждый атом в отдельности. Эта методика позволила значительно превзойти предыдущие рекорды по времени контроля над атомами в условиях комнатной температуры.

Ранее для достижения стабильности атомов ученые прибегали к их охлаждению до температур, близких к абсолютному нулю. При таких условиях движение атомов замедляется почти до полной остановки, что позволяет изучать их взаимодействие и предотвращать случайные изменения состояний. Хотя эти методы эффективны, они требуют громоздкого и дорогостоящего холодильного оборудования, что ограничивает их практическое применение.

Новое достижение американских физиков открывает перспективу для разработки квантовых устройств, работающих без сложного криогенного охлаждения. Возможность надежно контролировать атомы при комнатной температуре упрощает создание и масштабирование квантовых систем, приближая эру мощных квантовых компьютеров, способных решать задачи, недоступные для современных суперкомпьютеров, и моделировать новые материалы с уникальными свойствами.