Если долго и плавно нести чашку с кофе по комнате, а потом вернуться на то же место, с напитком ничего не случится. Но в квантовом мире всё иначе: частица, совершившая такой же круг, возвращается не совсем той же. Она приобретает неуловимый «довесок» — геометрическую фазу, которую физики называют фазой Берри. Эта добавка зависит только от формы маршрута, а не от времени в пути.

До сих пор все разговоры о фазе Берри велись так, будто наш квантовый кофе никогда не остывает. Но реальные системы всегда обмениваются теплом и частицами с окружением — это как нести чашку на сквозняке. В новой работе физики впервые измерили полную, комплексную фазу Берри у искусственного атома на сверхпроводящем чипе, где потери были не досадной помехой, а частью замысла. Оказалось, что у фазы есть «мнимая» половина, которая напрямую связана с тем, насколько сильно затухает квантовое состояние по дороге.

Эксперимент поставили на сверхпроводящем кубите — крошечной антенне из алюминия на кремниевой подложке, охлаждённой до тысячных долей градуса выше абсолютного нуля. С помощью микроволновых импульсов кубит «гоняли» по замкнутым траекториям в пространстве его внутренних параметров, а специально добавленный резистор служил контролируемой утечкой энергии. Измеряя состояние кубита в конце каждого круга, учёные выудили обе части фазы — и вещественную, и мнимую — и показали, что они ведут себя по-разному при смене направления обхода.

Главный сюрприз — мнимой фазой можно управлять, выбирая траекторию. Меняя петлю, по которой движется кубит, физики усиливали или ослабляли затухание, не трогая саму среду с потерями. Это похоже на лыжника, который может скатиться с горы быстро и с ветерком, а может петлять, чтобы растянуть спуск и меньше мёрзнуть. Для квантовых технологий такой приём ценен: он позволяет делать операции над хрупкими состояниями, не боясь, что они разрушатся раньше времени.