Прорив у квантовій фізиці: вчені змусили алмази кружляти у вакуумі з величезною швидкістю

Американські вчені здійснили прорив у квантовій фізиці, змусивши ширяти крихітні алмази і обертатися у вакуумі з неймовірною швидкістю 1,2 мільярда обертів на хвилину. Результати дослідження, опублікованого в журналі Nature Communications, можуть зіграти вирішальну роль у дослідженні складного взаємозв'язку між квантовою механікою і гравітацією, пише New Atlas.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Фізики створили крихітні алмази розміром приблизно 750 нанометрів в умовах високого тиску і температури. Потім їх опромінили високоенергетичними електронами, щоб створити те, що відомо як дефект азотної вакансії, який можна використовувати для зберігання квантової інформації.

Щоб змусити алмази парити у високому вакуумі фізики створили поверхневу іонну пастку. Вона складалася з тонкого шару золота, нанесеного на сапфірову пластину. Коли електричний струм пропускали через золото, то він створював електромагнітне поле, завдяки чому алмази ширяли над поверхнею у вакуумній камері. Це дало змогу фізикам спостерігати і маніпулювати спіновими кубітами всередині алмазу.

Обертаючи алмаз з неймовірно високою швидкістю, вчені змогли спостерігати, як обертання впливає на спінові кубіти унікальним чином, відомим як фаза Беррі. При цьому вченим вдалося змусити алмази обертатися зі швидкістю до 1,2 мільярда обертів на хвилину.

Коли алмази, що обертаються, опромінюються зеленим лазером, вони випромінюють власне червоне світло, що дає змогу фізикам зчитувати спінові стани електронів усередині алмазів. Додатковий інфрачервоний лазер використовувався для контролю обертання ширяючих алмазів. Порівняння двох вимірювань дало змогу фізикам з'ясувати, як обертання алмазів впливає на квантову інформацію, що міститься в їхніх дефектах. Цей прорив розв'язує попередні проблеми ширяючих алмазів у високому вакуумі та зчитування спінових кубітів усередині них.

Завдяки експерименту вчені відкрили нові шляхи для дослідження того, як гравітацію можна пояснити в квантових термінах, а це фундаментальне питання, яке довгий час спантеличує фізиків.

Вчені пояснюють, що всередині алмазів знаходяться спінові кубіти, які можна використовувати для проведення точних вимірювань і вивчення загадкового зв'язку між квантовою механікою і гравітацією.

Також нове досягнення фізиків може мати і більш практичне застосування. Крихітні частинки, що ширяють у вакуумі, можуть слугувати високочутливими акселерометрами і датчиками електричного поля із застосуванням у навігації та зв'язку.

Але основну увагу дослідженні фізики приділили глибшому розумінню квантового світу і його взаємодії з гравітацією. Вчені вважають, що отримані результати можуть стати початком революції у квантовій фізиці.

Як уже писав Фокус, вчені створилинадміцне золото з несподіваними властивостями. Дослідники додали в золото крихітні пори, що поліпшило його міцність до 100%, а також збільшило пластичність порівняно з повністю щільним золотом.

Також Фокус писав про те, що фізики з'ясували, що спін частинки, тобто її власний момент імпульсу, може переміщатися між двома місцями сам собою, не будучи пов'язаним із самою частинкою.