Вчені з Колорадського університету в Боулдері досягли безпрецедентного результату в управлінні рідбергівськими атомами, продовживши час їхнього контрольованого стану до 50 хвилин при кімнатній температурі. Це відкриття значно наближає створення квантових симуляторів та комп’ютерів на основі цих атомів.
Рідбергівські атоми – це атоми з електронами, штучно переведеними у високоенергетичний стан, що робить їх значно більшими за звичайні і вкрай чутливими до зовнішніх впливів. Унікальна здатність взаємодіяти на відстані та зберігати квантову заплутаність робить їх ідеальними кандидатами для створення кубитів – основи квантових комп’ютерів, здатних вирішувати завдання, недоступні класичним комп’ютерам.
До цього часу максимальний час контролю рідбергівських атомів при кімнатній температурі становив 1400 секунд. Хоча існували методи утримання атомів протягом триваліших періодів, вони вимагали використання кріогенних установок, що суттєво обмежувало практичне застосування. Група під керівництвом Чженьпу Чжан та Сінді Регал розробила новий підхід, що дозволив подолати це обмеження.
Ключовим елементом дослідження стало використання вакуумної камери із спеціальним покриттям із міді, охолодженим до -269°C. Це дозволило мінімізувати вплив тепла, що може спричинити зміну стану атомів. Більше того, охолоджена мідь ефективно «захоплювала» будь-які залишкові частинки повітря, посилюючи вакуум усередині камери. Кожен атом утримувався за допомогою лазерних пінцетів – стандартного методу управління рідбергівськими атомами, надзвичайно чутливими до електромагнітних полів та світла.
В результаті вченим вдалося утримувати та контролювати атоми протягом 3000 секунд (приблизно 50 хвилин), що вдвічі перевищує попередні рекорди. Сінді Регал зазначає, що створення цієї установки зайняло близько п’яти років і вимагало повного переосмислення підходу до проведення подібних експериментів.
Клеман Сайрін з лабораторії Кастлера-Броселя у Франції наголошує на важливості досягнутого результату. Збільшення часу контролю атомів до 3000 секунд відкриває можливості для роботи з великою кількістю атомів, що впливає на обчислювальну потужність майбутніх квантових комп’ютерів і симуляторів. Однак, він також вказує на нові інженерні завдання, пов’язані з необхідністю використання більшої кількості лазерів для управління великою кількістю атомів, що може скоротити час їхнього контрольованого стану.
Тим не менш, прорив у галузі управління рідбергівськими атомами при кімнатній температурі є важливим кроком на шляху до створення практичних квантових технологій, відкриваючи шлях до надпотужних обчислень та симуляторів складних систем, від молекул до нових матеріалів.