Zamiast oczekiwanego chaosu, naukowcy zaobserwowali coś, co można porównać do zbiorowego buntu cząstek. System, któremu dostarczano energię, po prostu odmówił dalszego nagrzewania. To nie jest drobna anomalia, a obserwacja, która może wymusić ponowne przemyślenie podstaw projektowania przyszłych technologii.
Eksperyment z ultrachłodnymi atomami
Zespół z Uniwersytetu w Innsbrucku pod kierunkiem Hannsa-Christopha Nägerla sięgnął po ekstremalne narzędzia. Aby zbadać to zjawisko, stworzyli jednowymiarowy płyn kwantowy złożony z silnie oddziałujących atomów. Cały układ schłodzono do temperatur sięgających zaledwie kilku nanokelwinów, czyli miliardowych części stopnia powyżej zera absolutnego. To środowisko, w którym klasyczne prawa fizyki tracą rację bytu, a na pierwszy plan wysuwają się czysto kwantowe efekty.
Czytaj także: Ten procesor kwantowy jest kwadrylion razy szybszy od najpotężniejszych superkomputerów
Klasyczna intuicja jest tu bezradna. Gdy do garnka z wodą dostarczamy ciepło, woda wrze, a jej cząsteczki wprawiane są w coraz gwałtowniejszy, chaotyczny ruch. W Innsbrucku zastosowano podobną zasadę, pobudzając atomy za pomocą periodycznego potencjału stworzonego światłem laserowym. Tym razem jednak „woda” w „garnku” zachowała się zupełnie inaczej. Po początkowym okresie, rozkład pędu atomów przestał się zmieniać, a energia kinetyczna całego układu utknęła na stałym poziomie. Yanliang Guo, członek zespołu, przyznaje, że spodziewano się zupełnie innych rezultatów. Zamiast atomów latających w nieładzie, zaobserwowano zadziwiająco uporządkowane zachowanie.
Dynamiczna lokalizacja wielu ciał. Zamrożenie w przestrzeni pędu
Obserwowane zjawisko otrzymało nazwę dynamicznej lokalizacji wielu ciał. Jego istotą nie jest lokalizacja w przestrzeni fizycznej, ale swego rodzaju „zamrożenie” w przestrzeni pędu. Spójność kwantowa i splątanie pomiędzy cząstkami skutecznie zablokowały proces termalizacji, czyli dążenia do stanu równowagi cieplnej, mimo ciągłego pompowania energii z zewnątrz.
Lei Ying, teoretyk współpracujący z zespołem, podkreśla sprzeczność tego zjawiska z klasyczną intuicją. W silnie pobudzonym i oddziałującym systemie to właśnie spójność wielu ciał ewidentnie zatrzymała absorpcję energii. Aby potwierdzić, że kluczową rolę odgrywają tutaj efekty kwantowe, naukowcy przeprowadzili kontrolny eksperyment. Wprowadzenie losowości do sekwencji pobudzania natychmiast zniszczyło obserwowany efekt. System powrócił do klasycznego zachowania i zaczął normalnie absorbować energię, co ostatecznie potwierdziło kwantowe pochodzenie zjawiska.
Znaczenie dla technologii kwantowych. Potencjalna droga do większej stabilności
Znaczenie tego odkrycia wykracza poza czystą naukę. Ma ono bezpośrednie implikacje dla rozwijanych technologii kwantowych, takich jak komputery czy symulatory. Główną bolączką tych urządzeń jest dekoherencja i niekontrolowane nagrzewanie, które niszczą delikatne stany kwantowe będące sercem obliczeń. Zrozumienie mechanizmów, które pozwalają systemom opierać się tym procesom, jest kluczowe.
Eksperyment z Innsbrucku oferuje precyzyjne narzędzie do badania, w jaki sposób systemy kwantowe mogą przeciwstawiać się chaosowi. To nie gwarantuje natychmiastowej rewolucji, ale wskazuje nowy, obiecujący kierunek prac nad zwiększeniem stabilności kwantowych procesorów. Jeśli udałoby się w kontrolowany sposób wykorzystać podobne efekty, mogłoby to przedłużyć żywotność kubitów i zwiększyć niezawodność obliczeń.
Czytaj także: Zapomnij o wszystkim co wiesz o fizyce kwantowej. Nowe odkrycie podważa fundamentalne założenia nauki
Pełne wyniki tych badań opublikowano 14 sierpnia 2025 roku w periodyku Science. Zespół zapowiada dalsze eksperymenty, mające na celu zbadanie stabilności kwantowej w różnych konfiguracjach.
Odkrycie jest fascynujące, ale warto zachować umiar w entuzjazmie. Pokazuje ono, że w kwantowym świecie wciąż czekają na odkrycie fundamentalne zjawiska, które mogą kiedyś zaowocować praktycznymi rozwiązaniami. Droga od laboratoryjnego eksperymentu z ultrachłodnymi atomami do stabilnego kubitu w działającym komputerze nie będzie łatwa. Mimo to każde takie zboczenie z utartego szlaku fizyki poszerza nasze zrozumienie i przybliża moment, w którym kwantowe technologie przestaną być jedynie naukową ciekawostką, a staną się częścią naszej rzeczywistości. To powolny, ale nieubłagany proces, w którym nawet „zbuntowane” atomy mogą nam pomóc.