Свет и вещество в крошечном мире ведут себя по законам, которые трудно просчитать даже на суперкомпьютере. Физики строят специальные «квантовые тренажёры» — установки, где холодные атомы играют роль частиц и полей. Но до сих пор такие тренажёры могли изображать поле лишь в самом простом виде: как будто оно либо есть, либо нет. Настоящий же свет обладает бесконечным числом оттенков.
Новая работа предлагает тренажёр, где поле может принимать три разных состояния. Атомы расставлены в решётке из лазерных лучей, слегка наклонённой, как лестница с неровными ступенями. За счёт этого атомы взаимодействуют так, что нужные комбинации сохраняются сами собой — подобно тому, как вода в сообщающихся сосудах всегда выравнивает уровень. Такой «защитный механизм» не даёт системе сбиться с правильного пути.
Проверка на компьютерной модели показала: даже при резких изменениях условий система продолжает точно следовать законам электродинамики. Это открывает дорогу к более реалистичным квантовым симуляциям, где свет и вещество взаимодействуют во всей полноте.
Холодные атомы в таких установках охлаждают до миллионных долей градуса выше абсолютного нуля — при этой температуре они почти замирают и становятся послушными.
Идея квантового симулятора перекликается с «вычислителем реальности» из рассказа Станислава Лема, где физические процессы заменяют математические расчёты.