Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории и Университета Миссури разработали метод, позволяющий напрямую измерять квантовую запутанность внутри твёрдых тел — даже если материал неидеален и его теоретическая модель отсутствует. Техника сочетает нейтронное рассеяние (известное с 1950-х) с концепцией квантовой информации Фишера (QFI). Учёные успешно протестировали подход на хорошо изученных магнитных материалах, получив «remarkably close match» (поразительно близкое совпадение) между экспериментом и теорией.
В чём фокус?
Квантовая запутанность — ключевой ресурс для квантовых компьютеров, сверхбезопасной связи и сверхточных сенсоров. Но измерять её в реальных материалах (а не в идеальных лабораторных условиях с парой частиц) долгое время было невозможно.
- Старая проблема: Традиционные методы (например, тесты Белла) работают для 2–3 частиц, но «ломаются» для триллионов взаимодействующих частиц внутри твёрдого тела.
- Материалы сложны и несовершенны: В реальности нет «идеальных кристаллов», и точной теоретической модели часто нет.
- Новое решение: Учёные модернизировали нейтронное рассеяние. Они направляют пучок нейтронов на материал и анализируют, как эти нейтроны «отскакивают» — это даёт отпечатки внутренних квантовых свойств.
Как работает измерение?
Ключевой элемент — квантовая информация Фишера (QFI). Это математическая величина, которая действует как «измеритель запутанности»:
- Вместо того чтобы отслеживать каждую частицу по отдельности, QFI определяет минимальное число частиц, которые должны быть запутаны, чтобы дать наблюдаемый сигнал.
- Команда рассчитала QFI для реальных материалов (например, кристалла калия, меди и фтора) из данных нейтронного рассеяния.
- Сравнение с теоретическими предсказаниями показало почти идеальное совпадение.
Почему это прорыв?
- Универсальность: Метод работает для любых твёрдых тел, даже если нет точной модели.
- Практичность: Превращает теоретическую концепцию (QFI) в реальный лабораторный инструмент.
- Перспективы: Позволяет искать материалы с высокой запутанностью для квантовых технологий.
Что дальше?
Учёные планируют изучить квантовые фазовые переходы — точки, где материал резко меняет своё состояние под действием квантовых эффектов. Теория предсказывает, что в этих точках запутанность резко возрастает, но модели часто не работают. Новый метод позволит провести реальные измерения и, возможно, совершить открытие.
#УКУС_ТРЕНДА
Этот прорыв — симптом трёх важных процессов:
- Квантовая метрология для реального мира: Вместо того чтобы создавать идеальные, изолированные системы (как в лабораториях с ионами или фотонами), учёные учатся измерять квантовые эффекты внутри «грязных», сложных, реальных материалов. Это приближает квантовые технологии к практическому применению.
- Возрождение старых методов: Нейтронное рассеяние — техника 1950-х годов. В сочетании с современными математическими концепциями (QFI) она обретает новую жизнь и решает задачи, о которых раньше не могли и мечтать.
- Поиск квантовых материалов инженерными методами: Вместо того чтобы гадать, какой материал обладает нужной запутанностью, мы теперь можем измерить её напрямую и целенаправленно искать кандидатов для квантовых процессоров и сенсоров.
P.S. Один из авторов, Аллен Шей, говорит: «Мы обнаружили, что это работает на 100 процентов». Если метод подтвердится на большом классе систем, мы получим не просто новый инструмент, а новый взгляд на то, как квантовые эффекты пронизывают обычную материю. Оказывается, запутанность может быть повсюду, просто мы не умели её видеть.
Больше трендов, кейсов и технологий будущего — в наших каналах:
📱 Дзен – https://dzen.ru/openchallenge
📹 Макс – https://max.ru/join/HXq8Wwc_QW74uItZuBDx3lS8z-RvuOwcslNLv2wJAWU
💬 Telegram – https://t.me/openchallenge_trend
#инновации #технологии #будущее