Американские исследователи добились значительного прорыва в области квантовых технологий, сумев удержать гигантские атомы в контролируемом состоянии в течение рекордных 50 минут при комнатной температуре. Это достижение открывает новые перспективы для создания более мощных квантовых компьютеров и симуляторов, решая одну из ключевых проблем в этой сфере.
Основа квантовых вычислений заключается в кодировании информации путем изменения квантовых характеристик атомов с помощью лазеров или электромагнитных импульсов. Однако атомы нестабильны и со временем самопроизвольно меняют свое состояние, что приводит к ошибкам в вычислениях. Время, в течение которого атом можно контролировать, называется его «временем жизни», и его увеличение является важнейшей задачей для ученых.
Ранее для продления времени жизни атомов исследователям приходилось помещать всю экспериментальную установку в громоздкие холодильные камеры, охлаждающие систему почти до абсолютного нуля. Такие методы, хотя и эффективны, создают серьезные технические и логистические трудности, ограничивая практическое применение квантовых технологий.
Команда ученых из Университета Колорадо в Боулдере под руководством Чжэньпу Чжана и Синди Ригал разработала новый подход. Как сообщает издание New Scientist, они использовали так называемые ридберговские атомы — атомы, в которых электроны находятся на значительном удалении от ядра, что делает их очень большими и чувствительными к внешним полям.
Для эксперимента исследователи поместили ридберговские атомы в вакуумную камеру, чтобы исключить их взаимодействие с частицами воздуха. Затем с помощью лазеров, известных как «оптические пинцеты», каждый атом был захвачен и удержан. Ключевым нововведением стало размещение этой системы внутри бокса с охлажденными медными стенками. Это позволило эффективно контролировать атомы при комнатной температуре, избегая необходимости полного охлаждения установки.
Предыдущий рекорд удержания атомов в подобных условиях не превышал нескольких минут. Новый результат, составивший 50 минут, демонстрирует возможность управления квантовыми системами без использования сложного и дорогостоящего криогенного оборудования. Это может существенно ускорить разработку и внедрение квантовых компьютеров нового поколения.