Nieoczekiwane rezultaty badania wykonaniu austriackich naukowców
Zespół pod kierunkiem Hannsa-Christopha Nägerla stworzył jednowymiarowy płyn kwantowy z silnie oddziałujących atomów cezu. Fizycy schłodzili je do ułamkowych części stopnia Celsjusza powyżej zera absolutnego. W takich warunkach klasyczne prawa fizyki przestają obowiązywać, dlatego badacze chętnie sprawdzają różne możliwości. Następnie wystawili ten ultrazimny gaz na działanie szybko pulsującego światła laserowego, które setki razy wchodziło w interakcje z atomami, dostarczając im energii. Wyniki tego eksperymentu opublikowano w czasopiśmie Science. Jak przyznają sami zainteresowani, początkowo oczekiwali, że atomy zaczną poruszać się w różnych kierunkach. Zamiast tego zachowywały się w zadziwiająco uporządkowany sposób.
Czytaj też: Echo Higgsa w nadprzewodnikach. Nowa nadzieja dla komputerów kwantowych
Ku zaskoczeniu badaczy, gaz nie nagrzał się zgodnie z oczekiwaniami. Po początkowej fazie rozproszenia, rozkład pędu atomów zatrzymał się, a energia kinetyczna całego układu ustabilizowała. To niezwykłe zachowanie nazwano dynamiczną lokalizacją wielu ciał. Kluczem okazały się koherencja kwantowa i splątanie wielu ciał, które zapobiegły termalizacji układu mimo stałego dopływu energii. W takich okolicznościach rozkład pędu zasadniczo zamarza i zachowuje swoją strukturę. Nietrwałość całego zjawiska jest jednak zastanawiająca. Gdy naukowcy wprowadzili nawet niewielką losowość do sekwencji impulsów laserowych, efekt lokalizacji natychmiast zniknął. Układ powrócił do klasycznego zachowania, co oznacza, iż zaczął pochłaniać energię i stał się chaotyczny.
Perspektywy dla technologii kwantowych
Odkrycie budzi mieszane uczucia w kontekście przyszłych zastosowań. Z jednej strony może pomóc w rozwiązaniu problemu niekontrolowanego nagrzewania w urządzeniach kwantowych, który jest główną przeszkodą w budowie stabilnych komputerów kwantowych. Z drugiej jednak, kruchość zjawiska sugeruje, że nie można w nim pokładać stuprocentowej nadziei. Jeden z autorów sensacyjnych doniesień, Lei Ying zwraca uwagę na pewną intrygującą kwestię. Mianowicie, w silnie napędzanym i silnie oddziałującym układzie, koherencja wielu ciał może ewidentnie powstrzymać absorpcję energii.
Czytaj też: Geometria kwantowa elektronów ujawniona po raz pierwszy. Naukowcy zmierzyli coś, co uważano za niemożliwe
Zaobserwowanie lokalizacji zarówno w układach oddziałujących, jak i nieoddziałujących wskazuje na uniwersalność tego mechanizmu. To ważna wskazówka dla inżynierów pracujących nad nowymi rozwiązaniami w technologiach kwantowych. Nawet pomimo dość odległych perspektyw w kontekście praktycznych zastosowań, zrozumienie tego fenomenu może ostatecznie pomóc w tworzeniu bardziej odpornych układów. W związku z tym pozostaje nam czekać na kolejne doniesienia, zarówno z Austrii, jak i innych krajów, w których prowadzone są eksperymenty.