Квантовый маятник учится перескакивать барьер экспресс
Лазерный луч удерживает одиночный ион в вакууме, и этот ион ведёт себя как шарик, запертый между двумя лунками. Лунки — это не ямы в земле, а области, где иону энергетически выгодно находиться. В классическом мире шарик скатился бы в одну из лунок и остался там. В квантовом мире ион размазан по обеим лункам сразу и время от времени проскакивает сквозь разделяющий их барьер. Физики из группы Дэвида Уайнленда научились менять глубину лунок и высоту барьера, просто подкручивая параметры лазера и электрического поля.
Эксперимент напоминает настройку музыкального инструмента. Ион в ловушке колеблется почти идеально гармонично, как струна, издающая чистый тон. Но реальные молекулы и материалы ведут себя сложнее: их колебания ангармоничны, как звук расстроенного пианино. Чтобы воспроизвести такую ангармоничность, исследователи добавили к ловушке специальные сигналы. С их помощью они сформировали двойную яму нужной формы — симметричную или перекошенную. В симметричной яме ион быстро туннелирует из одной лунки в другую. Стоило сделать ямы чуть разными по глубине, как туннелирование почти исчезло — частица застревала в более глубокой лунке.
Такая настраиваемая квантовая система — шаг к универсальному симулятору. С её помощью можно моделировать движение атомов в молекуле, перенос энергии в белках или фазовые переходы в твёрдом теле. Всё это сводится к тому, как квантовая частица перескакивает между состояниями, а форма ямы определяет, насколько легко ей это сделать. Теперь эту форму можно менять поворотом ручки, не перестраивая всю установку.
Ион в ловушке охлаждают лазером до тысячных долей кельвина — холоднее, чем в открытом космосе. При такой температуре его движение подчиняется квантовым законам, а не классической механике.
В сериале «Тьма» квантовые состояния частиц связывают разные времена. Здесь же ион в двух ямах — прообраз квантового бита, который может быть и нулём, и единицей одновременно.