Ученым удалось превратить стеклянную наночастицу в квантовый объект, находящийся одновременно в двух разных местах - «Наука и технологии»

Не так давно исследователи из Венского университета и Швейцарского федерального технологического института при помощи света лазеров охладили стеклянную наночастицу до такого уровня, что она перестала быть обычным физическим объектом и превратилась в объект, подчиняющийся исключительно причудливым законам квантовой физики. В своих экспериментах ученые использовали стеклянную сферу, размер которой значительно меньше размера песчинки, но которая, при этом, состоит из нескольких миллионов атомов. В отличие от уровня микроскопического мира атомов и фотонов, стеклянная наночастица является объектом макроскопического мира, и возможность ее превращения в квантовый объект дает нам возможность использования всего этого в реальных вещах и устройствах.

"Амплитуда квантовых колебаний атомов, которые остаются после подавления тепловых колебаний путем охлаждения до сверхнизких температур, порой значительно превышает размер самого атома" - пишут исследователи, - "Однако, измеренная нами амплитуда квантовых колебаний наночастицы оказалась меньше диаметра одного атома. И для того, чтобы можно было использовать в своих интересах квантовую природу этой наночастицы, нам пришлось искусственно расширить ее волновую функцию".

Процедура расширения волновой функции квантовой наночастицы оказалась очень сложным занятием из-за того, что даже самые малые внешние воздействия разрушают квантовую природу и превращают наночастицу обратно в обычный физический объект. Однако, тщательно подобрав "потенциалы" создаваемых лазерами оптических полей, ученые добились того, что волновая функция наночастицы сначала разделяется и расширяется, а затем сжимается к первоначальному виду. А в момент расширения волновой функции наночастица, согласно всем канонам квантовой физики, находится в состоянии суперпозиции ее положения, т.е. одновременно находится в двух разных местах.

Изменяя потенциалы создаваемых оптических полей по определенным законам, ученые смогли реализовать управление квантовым состоянием стеклянной наночастицы. Оказалось, что это квантовое состояние весьма чувствительно к проявлениям внешних статических сил, что позволит использовать такие частицы в роли активных элементов сверхвысокочувствительных датчиков, измеряющих с высочайшей точностью проявление различных сил, гравитации, к примеру.

А в своих дальнейших исследованиях ученые планируют создать сразу две стеклянные наночастицы, волновая функция которых находится в постоянном расширении и сжатии, и запутать эти частицы на квантовом уровне. Это, в свою очередь, позволит ученым исследовать совершенно новые области макроскопического квантового мира, некоторые из которых в будущем можно будет использовать в практических целях.

Параллельно с этим отдельная группа ученых будет проверять значения теоретических пределов и основных принципов квантовой физики, пытаясь перевести в состояние квантовой суперпозиции макроскопические объекты больших размеров, включая объекты, состоящие из миллиардов атомов.