Новое исследование показывает, что даже относительно крупные объекты могут демонстрировать квантово-механическое поведение.
Визуализация нанокластера внутри лазерной ловушки.
Швейцарская высшая техническая школа Цюриха
Группа исследователей из Швейцарской высшей технической школы Цюриха достигла впечатляющего рубежа в квантовой физике, подняв в воздух кластер из трех сфер из наностекла, состоящий из 300 миллионов атомов.
Сферы, каждая из которых в десять раз меньше человеческого волоса, были подняты с помощью оптического устройства и лазерных лучей.
Во время экспериментов группы башнеобразное скопление сфер поддерживалось практически неподвижно, что ознаменовало потенциально важный шаг в разработке квантовых датчиков.
Результаты исследования, проведенного под руководством приглашенного профессора фотоники Мартина Фриммера, были опубликованы в журнале Nature Physics.
Эксперимент по квантовой левитации
Эксперименты могут способствовать разработке чувствительных квантовых датчиков. Они, в свою очередь, будут способствовать развитию реальных технологий, включая навигационные системы и устройства медицинской визуализации.
В своих экспериментах группа использовала оптический пинцет для эффективной нейтрализации гравитации. Для этого они сфокусировали поляризованный лазерный луч в вакууме, чтобы стабилизировать нанокластер.
Тем не менее, кластер демонстрировал лёгкое дрожание, пока его удерживали на месте. Физики называют это нулевым колебанием — квантовым явлением, при котором ни один объект не может оставаться полностью неподвижным.
Кластер колебался с частотой один миллион колебаний в секунду. Каждое колебание измерялось с точностью до тысячной доли градуса.
«Согласно квантовой механике, ни один объект не может быть совершенно неподвижным», — пояснил в пресс-релизе Лоренцо Дания, первый автор исследования и постдок в группе Фриммера. «Чем больше объект, тем сложнее наблюдать эти флуктуации».
Команда ETH установила несколько рекордов в ходе своего эксперимента. Им удалось достичь беспрецедентной точности обнаружения этих мельчайших квантовых движений в объекте такого размера. Нанокластер состоял из сотен миллионов атомов, что очень много по меркам квантовой механики.
Подавляя любые возмущения, возникающие из классической физики, они приписали 92 процента движения кластера квантовым эффектам, достигнув высокого уровня квантовой чистоты.
Примечательно, что это было достигнуто при комнатной температуре, что исключает необходимость дорогостоящего охлаждения до температуры, близкой к абсолютному нулю (-273 °C), что является стандартным требованием в большинстве квантовых исследований.
Исследования могут привести к появлению «преобразующих квантовых технологий»
Фриммер сравнил достижение команды с созданием транспортного средства, способного перевозить больше груза при меньших затратах топлива. Успех эксперимента при комнатной температуре и его экономическая эффективность делают его многообещающей платформой для будущих квантовых технологий.
По словам группы, их внимание к более крупным системам, а не к отдельным атомам, может произвести революцию в таких областях, как навигация и медицинская визуализация.
Их методология также может быть использована для обнаружения слабых сил, возникающих в молекулах газа или частицах, что поможет в исследовании тёмной материи. «Это идеальное начало для дальнейших исследований, которые могут привести к созданию революционных квантовых технологий», — сказал Фриммер.
Sourse: interestingengineering.com
