Физики создали первый в истории антиматериальный кубит, сделав квантовый мир еще более странным

В мире квантовой физики произошел очередной прорыв – ученые из CERN впервые в истории создали квантовый бит (кубит) из антиматерии, открыв новую главу в исследовании как квантовых вычислений, так и фундаментальных свойств антиматерии.

В статье, опубликованной 23 июля в журнале Nature, коллаборация BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) объявила о демонстрации первого антиматериального кубита – базовой единицы информации для квантовых компьютеров. Этим кубитом стал антипротон, который совершал квантовые колебания между состояниями спина "вверх" и "вниз" в течение впечатляющих 50 секунд.

Барбара Латач, ведущий автор исследования и физик CERN говорит:

Мы сразу же открыли бутылку шампанского – это был один из лучших моментов в моей жизни! Нам потребовалось пять лет очень кропотливой работы, чтобы усовершенствовать и без того сложный эксперимент до состояния, в котором мы могли наблюдать когерентную спектроскопию спиновых состояний. Очень приятно, когда усилия ваши и ваших коллег окупаются.

Для проведения эксперимента команда применила технику, называемую когерентной квантовой переходной спектроскопией, которая с невероятной точностью измеряет магнитный момент частицы – ее поведение внутри магнитных полей. Сначала исследователи получили антипротоны с "антиматериальной фабрики" CERN, захватив частицы в электромагнитную ловушку Пеннинга – суперпозицию магнитных полей. Затем они создали вторую многоловушечную систему внутри того же магнита, извлекая отдельные антипротоны для измерения и настройки спиновых состояний частицы в процессе.

Квантовые состояния крайне хрупки и легко нарушаются внешними воздействиями. Неправильное вмешательство может мгновенно привести к декогеренции – состоянию, при котором система теряет ценную информацию, которую физики надеются найти. Эта фундаментальная проблема квантовых систем была серьезной заботой для коллаборации BASE, которая в 2017 году с помощью похожей установки подтвердила, что протоны и антипротоны имеют практически идентичные магнитные моменты.

Представитель BASE Стефан Ульмер заявил:

Это первый антиматериальный кубит, открывающий перспективы применения всего набора методов когерентной спектроскопии к одиночным системам материи и антиматерии в прецизионных экспериментах.

Однако, исследователи не считают, что новые результаты приведут к внедрению антиматериальных кубитов в квантовые вычисления, по крайней мере, в ближайшее время.

Сейчас использовать антиматериальный кубит для квантовых компьютеров не имеет смысла, потому что, говоря просто, технологии, связанные с производством и хранением антиматерии, гораздо сложнее, чем для обычной материи.

Латач пояснила, что так как материя и антиматерия, как известно, имеют одинаковые фундаментальные свойства, выбор в пользу последней не имел бы практического смысла.

Однако, если в будущем мы обнаружим, что антиматерия ведет себя иначе, чем материя, тогда это может быть интересно для рассмотрения.

Команда планирует дальнейшие усовершенствования в ближайшем будущем. Модернизация эксперимента BASE (названная BASE-STEP) значительно улучшит возможности изучения антипротонов с более высокой точностью и позволит улучшить измерение магнитного момента антипротона как минимум в 10 раз, а в более долгосрочной перспективе даже в 100 раз.

Новый прорыв может способствовать инженерным достижениям в квантовых вычислениях, атомных часах и других областях. Но, как отмечают исследователи, таких технологических применений не стоит ожидать в ближайшее время.

Впрочем, сам результат представляет собой интересные уроки для фундаментальной физики – вопросы, на решение которых могут уйти годы.

Комментарии на сайте