В алмазе увидели квантовый эффект Зенона

Физики рассмотрели квантовый эффект Зенона в микроскопическом алмазе

Физики рассмотрели квантовый эффект Зенона в микроскопическом алмазе
(фото Oliver Benson).

Зенон Элейский жил в пятом веке до нашей эры, но его идеи повлияли на самую современную физику

Зенон Элейский жил в пятом веке до нашей эры, но его идеи повлияли на самую современную физику
(иллюстрация Wikimedia Commons).

Упрощенная структура NV-центра

Упрощенная структура NV-центра
(иллюстрация Zas2000/Wikimedia Commons).

Физики рассмотрели квантовый эффект Зенона в микроскопическом алмазе
Зенон Элейский жил в пятом веке до нашей эры, но его идеи повлияли на самую современную физику
Упрощенная структура NV-центра

Древнегреческий мыслитель и математик Зенон Элейский известен своими логическими парадоксами. Один из них — Стрела Зенона — звучит следующим образом: "Летящая стрела неподвижна, так как в каждый момент времени она занимает равное себе положение, то есть покоится; поскольку она покоится в каждый момент времени, то она покоится во все моменты времени, то есть не существует момента времени, в котором стрела совершает движение".

Эта апория легла в основу описания явлений в квантовой физике. Впервые парадокс летящей стрелы был переведён на язык физики в 1977 году, когда теоретики сформулировали принцип недостижимости точного измерения квантовой системы при условии постоянных наблюдений за ней.

Данная научная догма очень хорошо соотносится с главным принципом квантовой механики — неопределённостью Гейзенберга. Это фундаментальное неравенство описывает невозможность одинаково точно определить координату и импульс частицы.

Экспериментально квантовый эффект Зенона впервые наблюдали в 1989 году в охлаждённых лазером ионах, захваченных в ловушку магнитного и электрического полей.

Физики рассмотрели квантовый эффект Зенона в микроскопическом алмазе (фото Oliver Benson).

Сегодня физик Олифер Бензон (Oliver Benson) и его коллеги из Берлинского университета имени Гумбольдта (Humboldt-Universität zu Berlin) представили результаты своего последнего эксперимента, в ходе которого они увидели квантовый эффект Зенона в кристалле алмаза.

Напомним, что алмазы уже несколько раз были признаны идеальным материалом для конструирования квантовых компьютеров.

Исследователи работали с так называемыми азото-замещёнными вакансиями (NV-центры) — дефектными участками в кристаллической решётке алмаза, где на месте атома углерода стоит атом азота, а рядом с ним находится пустое пространство.

Чтобы изменить магнитное состояние спина электрона, расположенного в NV-центре, физики направили на него микроволновое излучение. Затем они использовали лазерный луч для того, чтобы включить красную флуоресценцию. Это должно было помочь определить, в каком состоянии находится спин электрона в каждый отдельно взятый момент.

Но на этом этапе вступил в силу квантовый эффект Зенона: как только исследователи попытались таким образом рассмотреть NV-центр, оказалось, что колебание спина между двумя состояниями было нарушено.

Упрощенная структура NV-центра (иллюстрация Zas2000/Wikimedia Commons).

"Увидеть эффект Зенона в кристаллической решётке алмаза — это лишь первый шаг. Дальше нужно будет научиться создавать квантовые логические вентили на основе алмазов", — говорит Бензон.

Квантовый аналог привычных логических вентилей устроен несколько сложнее. Информация хранится в квантовых состояниях носителей, таких как фотоны или азото-замещённые вакансии. Ранее искажающее картину воздействие окружающей среды не позволяло сохранить более нескольких кубитов (квантовых битов) информации за раз.

"Постоянное измерение состояний помогает защитить их от неконтролируемого распада и расширить объём сохраняемой информации", — поясняет Бензон.

Коллеги немецких физиков, не принимавшие участия в данной работе уверены, что алмазы действительно станут основой квантовых компьютеров в будущем. Однако они считают необходимым для начала выяснить наверняка, подчиняются ли дестабилизации колебания спинов в NV-центрах законам квантовой механики.

О результатах своего исследования Бензон и его коллеги написали в статье, которую сегодня можно увидеть на сайте препринтов arXiv.org. Она уже принята к публикации в журнале Physical Review A, и вскоре с ней также можно будет ознакомиться в их интернет-версии.

Также по теме:
Создан квантовый компьютер в алмазе 
Физики впервые получили квантовую спутанность двух алмазов при комнатной температуре 
Алмазный нанотермометр измерил температуру одной клетки 
Самым точным в мире часам придумали ещё одно применение 
Физики создали квантовую связь между фотонами, разделёнными временем и пространством  
Ионный кристалл стал мощнейшим квантовым компьютером