Камень падает в пруд — и по воде расходятся круги. Так же массивные тела рождают гравитационные волны, только колеблется при этом само пространство. До сих пор эти волны ловили огромными детекторами: они чуть вздрагивают, когда волна проходит сквозь них. А что творится на микроуровне, внутри крошечного кусочка вещества? Авторы новой работы заглянули в этот мир и обнаружили неожиданно тихую игру.

Привычного толчка, какой получает поплавок на воде, здесь нет. Гравитационная волна действует иначе — как невидимые руки, которые одновременно сжимают и растягивают предмет с разных сторон. Это приливное воздействие, и оно квадратично: эффект зависит от квадрата смещения частиц. Возьмём туго натянутую струну. Если её дёрнуть один раз, она зазвучит на основной ноте. Но гравитационная волна не дёргает — она слегка меняет натяжение самой струны, и та начинает колебаться на удвоенной частоте. Поэтому в квантовом мире рождаются не одиночные возбуждения, а парные — сразу два фонона (кванта звука).

Такая парная природа надёжно защищает некоторые квантовые состояния вещества от разрушения. В пустом пространстве, где гравитационных волн почти нет, два самых нижних энергетических уровня колеблющейся частицы остаются когерентными — их фаза не сбивается. Тепловые или хаотические волны эту защиту снимают и усиливают декогеренцию, но эффект всё равно исчезающе мал для реальных условий. Самое интересное возникает, когда гравитационная волна приходит в особом, сжатом состоянии. Тогда она не только не разрушает, но и создаёт целый ансамбль «тёмных» состояний — таких комбинаций, которые вообще не взаимодействуют с волной и остаются идеально стабильными.

Практическая польза от этих расчётов пока далека: слишком слабы эффекты. Но они прокладывают мост между физикой гравитации и квантовой теорией информации. Возможно, когда-нибудь гравитационный фон Вселенной станет не помехой, а ресурсом для квантовых вычислений — если научиться готовить его в нужном состоянии.