Холодный ансамбль из 91 иона экспресс
Крошечный кристалл из заряженных атомов, пойманный в ловушку, дрожит от тепла. Каждый ион колеблется, как шарик на пружинке, и эти колебания мешают использовать кристалл для точных квантовых операций. Обычно лишнюю энергию убирают лазером — луч бьёт по ионам и тормозит их движение, словно поток воздуха, гасящий маятник.
Но когда в кристалле десятки ионов, возникает неожиданный эффект. В определённый момент лазер не просто тормозит дрожь, а заставляет все ионы обменяться энергией со своими внутренними «магнитиками» — спинами. Этот обмен происходит так дружно, что колебания всего кристалла затихают разом. В эксперименте с 91 ионом после одного такого импульса остаточное тепло оказалось в 8000 раз меньше, чем у одиночного иона. Чем больше ионов, тем чище результат — зависимость идёт как единица, делённая на квадрат числа частиц.
Повторяя импульсы, физики довели кристалл до состояния, где движение почти исчезло. При этом поведение большого ансамбля перестало зависеть от того, как именно ионы дрожали вначале — коллективный ритм подчиняет себе всё. Такой «танец» можно использовать как сверхчувствительный датчик: измеряя спины после импульса, учёные восстанавливают картину колебаний, не тревожа сам ионный кристалл.
Энергия колебаний после охлаждения была так мала, что если бы её превратили в высоту подъёма песчинки, та поднялась бы всего на несколько атомных слоёв.