📄 Показана версия «Просто» — «Подробно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить. Прошу разобрать полностью

Дирижёр управляет оркестром из миллиардов музыкантов, но при этом слышит каждого отдельно. Примерно такую задачу решают физики, когда пытаются подружить свет и спины электронов в твёрдом теле. Новый резонатор, описанный в работе, делает первый шаг к этому: он заставляет огромное количество одинаковых квантовых объектов колебаться в такт, а затем аккуратно подслушивает их хор, не сбивая с ритма.

Устройство представляет собой трёхмерную полость из сверхпроводящего металла, внутри которой помещён алмаз с особыми дефектами — азотными вакансиями. Эти дефекты ведут себя как крошечные магнитики, способные хранить квантовую информацию. Резонатор создан так, что две его моды (два разных типа электромагнитных колебаний) занимают одно и то же пространство, но почти не влияют друг на друга. Одна мода используется для коллективного управления спинами, а другая, настроенная на другую частоту, — для считывания их состояния. Благодаря геометрической симметрии поля внутри полости очень однородны, поэтому все спины чувствуют одинаковое воздействие.

При температуре 28 милликельвинов (это в сто раз холоднее, чем в открытом космосе) исследователи наблюдали сильную коллективную связь между модой резонатора и ансамблем спинов. Сила связи достигла 5 мегагерц — это как если бы дирижёр мог одновременно управлять целым стадионом, не теряя контакта ни с одним музыкантом. Более того, считывание оказалось неразрушающим: измерение не стирает квантовое состояние, а лишь слегка его возмущает. Это важно для будущих квантовых компьютеров, где информацию нужно многократно проверять, не портя.

Компактность конструкции и возможность настройки связи делают этот резонатор удобным строительным блоком для гибридных систем, где свет и вещество обмениваются квантовой информацией. В будущем такие устройства помогут создавать квантовые повторители для дальней связи или интерфейсы между разными типами кубитов.