Учені створили "невидиму" матерію для надійної роботи квантових комп'ютерів

Фізики з Массачусетського технологічного інституту (MIT) США змогли зробити невидимою матерію, необхідну для удосконалення квантових комп'ютерів. Результати свого дослідження вони опублікували в статті для журналу Science, повідомляє Eurecalert.

Учені довгий час намагаються знайти вирішення головної проблеми квантових обчислень — руйнування кубітів під упливом довкілля, зокрема світла. Близько 30 років тому було сформульовано гіпотезу, що рішенням стане квантове явище під назвою "блокування Паулі". Команда з MIT уперше в історії досягла на практиці ефекту, описаного вченим Вольфгангом Паулі. Дві інші команди вчених незалежно одна від одної охолодили два гази, що складаються з атомів калію та стронцію, й отримали схожі результати.

Під час дослідження фізики охолодили газ із ізотопу літію в атомній пастці, а потім за допомогою лазерів досягли такої високої щільності, що він почав розсіювати менше світла та став напівпрозорим. Якщо ж знизити температуру до абсолютного нуля (-273,15 градусів за Цельсієм), то речовина стане просто невидимою. Лазерні промені були налаштовані так, що світло стикалося тільки з атомами, що рухаються в протилежному напрямку, і сповільнювало їх.

У 1925 році принцип блокування при розсіюванні світла сформулював австрійський дослідник Вольфганг Паулі. Відповідно до його теорії, дві та більше частинок під назвою ферміони (мають напів ціле значення спіна) не можуть перебувати в тому самому квантовому стані. На кожному енергетичному рівні є певна кількість таких станів, і вільні електрони з такими ж характеристиками змушені переходити на наступний енергетичний рівень. Завдяки цьому всі частинки тримаються на відстані одна від одної та не стикаються.

Коли ж дрібна частка світла, фотон, потрапляє в хмару газу, то починає метатися між ферміонами, стикатися з ними, роблячи їх видимими. Але в дуже холодному середовищі атоми максимально зближуються один із одним, займають усі вільні осередки на нижніх рівнях і втрачають можливість перескакувати на верхні рівні. У таких умовах ферміони не спроможні взаємодіяти з фотонами, дозволяючи їм безперешкодно проходити крізь, ніби їх немає.

Дослідницька група MIT визначила, що охолоджені та щільно стиснені атоми літію розсіювали на 38% менше світла, ніж та ж речовина за нормальної температури. Вони пропонують використовувати напрацювання для створення світлоподавлювальних матеріалів, які зберігатимуть дані у квантових комп'ютерах.

"Коли ми контролюємо квантовий світ, наприклад, у межах квантових систем, розсіювання світла стає проблемою й означає, що інформація просто витікає з вашого квантового комп'ютера. Але, схоже, ми знайшли спосіб придушити розсіювання світла та тим самим зробили свій внесок у сферу управління атомним світом", — пояснив професор Вольфганг Кеттерле.

Раніше писали, що вчені створили новий матеріал із квантовими властивостями, які планують застосовувати в електронних пристроях. Двошарова структура з дисульфіду танталу здатна стати надпровідником, що захищає квантові комп'ютери від руйнування кубітів і інформації, що зберігається в них.