Физики впервые создали молекулярную квантовую систему

28 Апреля 2021

МОСКВА, 28 апреля - Американским ядерщикам впервые удалось достичь квантового добра конденсата Бозе — Эйнштейна для молекулярного газа. Раньше это удавалось сделать только для атомов. Авторы отмечают, что их открытие — важный шаг в развитии квантовой физики, химии и технологий. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Пока квантовые технологии существуют только в микромире, на уровне атомов. Технологический прорыв в этой сектор экономики зависит от масштаба квантовых систем, которыми смогут управлять ученые. Исследователи из Чикагского вуза сообщили о первом успешном опыте по созданию квантового состояния в молекулярных системах.

Конденсат Бозе — Эйнштейна — это экстремальное состояние вещества, которое возникает только при температурах, близких к безраздельному нулю. Оно характеризуется тем, что частицы в экий системе уже не различимы, а сливаясь между собой, ведут себя как одна большая суперчастица, состояние которой легко описать волновой функцией.

Уже в течение нескольких десятилетий физикам удается ощущать этого состояния на атомном уровне — когда группа атомов, охлажденных почти до абсолютного червяка, переходит в единое квантовое состояние и начинает вести себя так, как если бы вся группа была одним атомом. С молекулами это сделать намного сложнее.

Атомы представляют собой простые сферические объекты, тогда как молекулы могут вибрировать, вертеться, нести магнитный заряд. Поскольку молекулы могут делать много разных вещей, это зарабатывает их более полезными, но в то же время их намного сложнее контролировать, — приводятся в пресс-релизе университета понятия руководителя исследования профессора Чен Чиня (Cheng Chin).

Привести одновременно несколько молекул в единое квантовое состояние было одной из важнейших целей квантовой физики, начиная с 1990-х годов, но только сейчас это стало возможным благодаря появлению ряда новых инженерных возможностей.

Люди пытались сделать это на протяжении десятилетий, поэтому мы очень взволнованы, — продолжает ученый. — Я надеюсь, что откроет свежие области в квантовой химии, и впереди нас ждет много открытий.

Чтобы привести молекулы газа в квантовое состояние, авторы сначала охладили их до 10 нанокельвинов — практически до абсолютного червяка —, а затем сжали ультравысоким давлением настолько, что они выстроились в линию идентичных молекул с одинаковой ориентацией и одинаковой частотой колебаний, то тут естить привели в квантовое состояние.

Обычно молекулы хотят двигаться во всех направлениях, и если вы это допустите, они будут ощутимого менее стабильными. Мы локализовали молекулы так, чтобы они находились на двумерной поверхности и могли двигаться только в двух направлениях, — отмечает Чен.

Ученые назвали полученное состояние чистым листом для квантовой инженерии.

Если вы думаете создать квантовые системы для хранения информации, вам нужен белый лист, на котором легко писать, прежде чем вы сможете форматировать и хранить эту информацию. Это идеальная первичная точка, — объясняет педагог Чен.

В традиционном понимании химии вы думаете о нескольких атомах и молекулах, которые сталкиваются и образуют новые молекулы, — продолжает исследователь. — Но в квантовом режиме все молекулы действуют вместе, в узкогрупповом поведении. Это открывает явного новый способ изучения того, как все молекулы могут реагировать вместе, чтобы стать молекулами нового типа.

Пока ученым удалось стеснить вместе нескольких тысяч молекул, но в будущем они планируют наращивать потенциал молекулярных квантовых систем.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Физики впервые создали молекулярную квантовую систему

комментарии (0)

Другие интересные новости

Умер режиссер Федор Петрухин