Миссия выполнима: учёные продлили жизнь квантовых атомов до 50 минут

Учёные из Колорадского университета в Боулдере добились беспрецедентного результата в управлении ридберговскими атомами, продлив время их контролируемого состояния до 50 минут при комнатной температуре. Это открытие значительно приближает создание квантовых симуляторов и компьютеров на основе этих атомов.

Ридберговские атомы — это атомы с электронами, искусственно переведёнными в высокоэнергетическое состояние, что делает их значительно крупнее обычных и крайне чувствительными к внешним воздействиям. Уникальная способность взаимодействовать на расстоянии и сохранять квантовую запутанность делает их идеальными кандидатами для создания кубитов — основы квантовых компьютеров, способных решать задачи, недоступные классическим компьютерам.

До настоящего времени максимальное время контроля ридберговских атомов при комнатной температуре составляло 1400 секунд. Хотя существовали методы удержания атомов в течение более длительных периодов, они требовали использования криогенных установок, что существенно ограничивало практическое применение. Группа под руководством Чжэньпу Чжан и Синди Регал разработала новый подход, позволивший преодолеть это ограничение.

Ключевым элементом исследования стало использование вакуумной камеры со специальным покрытием из меди, охлаждённым до -269°C. Это позволило минимизировать воздействие тепла, которое может вызывать изменение состояния атомов. Более того, охлаждённая медь эффективно «захватывала» любые остаточные частицы воздуха, усиливая вакуум внутри камеры. Каждый атом удерживался с помощью лазерных пинцетов – стандартного метода управления ридберговскими атомами, чрезвычайно чувствительными к электромагнитным полям и свету.

В результате учёным удалось удерживать и контролировать атомы в течение 3000 секунд (примерно 50 минут), что вдвое превышает предыдущие рекорды. Синди Регал отмечает, что создание этой установки заняло около пяти лет и потребовало полного переосмысления подхода к проведению подобных экспериментов.

Клеман Сайрин из лаборатории Кастлера-Бросселя во Франции подчёркивает значимость достигнутого результата. Увеличение времени контроля атомов до 3000 секунд открывает возможности для работы с большим количеством атомов, что напрямую влияет на вычислительную мощность будущих квантовых компьютеров и симуляторов. Однако, он также указывает на новые инженерные задачи, связанные с необходимостью использования большего количества лазеров для управления большим числом атомов, что может сократить время их контролируемого состояния. Тем не менее, прорыв в области управления ридберговскими атомами при комнатной температуре является важным шагом на пути к созданию практичных квантовых технологий, открывая путь к сверхмощным вычислениям и симуляторам сложных систем, от молекул до новых материалов.

 Источник: newscientist, PRX Quantum