Пустой резонатор — не совсем пустой. Даже в абсолютном вакууме, где нет ни одного фотона, живут квантовые флуктуации. Они похожи на рябь на воде в полный штиль: поверхность кажется гладкой, но молекулы продолжают дрожать. Физики научились превращать эту дрожь в настоящие волны.
Они построили топологический насос — устройство, которое методично вычерпывает фотоны из вакуума. Вместо поршня здесь работает сверхпроводящий кубит (искусственный атом), связанный с микроволновым резонатором. Кубит исполняет строгий танец, меняя свои параметры по замкнутому циклу. С каждым шагом в резонаторе прибавляется примерно семь фотонов. Темп этого танца определяет не точность движений, а сама геометрия цикла — как расстояние между ступеньками винтовой лестницы. Оступиться можно, но высота подъёма будет всегда одинакова.
В первые циклы насос выдавал состояния света, которые невозможно описать классической физикой. Они похожи на монету, которая падает сразу орлом и решкой — не из-за нашего незнания, а по своей природе. Такие неклассические состояния — кирпичики для квантовых компьютеров и защищённой связи. Авторы эксперимента, используя трансмонный кубит, впервые наблюдали эту работу вживую.
Резонатор больше не пуст. В нём пульсирует свет, рождённый из ничего — точнее, из самой геометрии квантового мира. И этот свет ведёт себя не как беспорядочные вспышки, а как размеренное дыхание. Та же рябь на воде, но теперь она складывается в чёткую волну, бегущую к новым технологиям.
Топологические насосы не зависят от скорости работы. Если проводить цикл в два раза быстрее, число перекачанных фотонов останется прежним — как количество ступенек на лестнице не зависит от темпа шага.