«Зря я так поступила 10 лет назад» — новая квантовая частица помнит своё прошлое

Как недавно выяснили учёные, так называемые «неабелевы энионы» сохраняют информацию о своём предыдущем местонахождении при перемещении, что позволяет физикам сплетать их в сложные перепутанные структуры с новыми необычными свойствами.

Для понимания поведения большинства субатомных частиц можно представить старую игру, где шарик прячут под один из трёх одинаковых непрозрачных стаканов, а затем тасуют. Как и в этой игре, если поменять местами три абсолютно одинаковые частицы любое количество раз без отслеживания их движений, невозможно будет угадать, где и какая частица окажется после завершения цикла перестановки.

Однако для неабелевых энионов — всё наоборот. Каждое изменение позиций этих причудливых частиц заставляет их всё сильнее переплетаться друг с другом, изменяя их квантовые колебания и образуя всё более сложную структуру, которая остаётся видимой даже после их перемещения.

Для создания частиц команда физиков разработала новый квантовый компьютер под названием «H2», в котором ионы бария и иттербия удерживаются в мощных магнитных полях.

Настраивая ионы с помощью лазеров, учёные превратили их в кубиты и запутали определённым образом. Это придало кубитам те самые свойства, которые предсказывались у неабелевых энионов.

Для физиков, проектирующих квантовые компьютеры, данное открытие даёт массу новых возможностей. Обычно кубиты подвержены шумам и могут легко запутаться, поэтому учёные часто пытаются кодировать информацию не в самих битах, а в том, как биты расположены относительно друг друга.

Для аналогии можно представить книгу, где каждая страница пуста, но если смотреть на все страницы одновременно, информация медленно складывается. И даже если полностью закрасить одну страницу, это не имеет значения, так как данные хранятся в соотношениях между страницами.

До сих пор физики, работающие над квантовыми компьютерами, соединяли эти «страницы» при помощи абелевых частиц. Это эффективный метод борьбы с шумами, но требует сложных манипуляций, чтобы предотвратить спутывание бит.

Неабелевы энионы могут стать изящным выходом из этой ситуации. Помимо помощи в создании более надёжных квантовых систем, учёные полагают, что эти частицы позволят проводить передовые эксперименты для исследования ещё более странных квантовых эффектов, возникающих при масштабном переплетении частиц.

«Я думаю, самое захватывающее, что вытекает из этого — использование таких состояний не для вычислительных целей, а просто для постановки исследовательских вопросов», — объяснил Хенрик Драйер, теоретический физик из Quantinuum.

«Это могло бы принести определённую пользу людям в качестве научного инструмента для проведения новых экспериментов, которые невозможно было бы провести на классическом компьютере», — заключил исследователь.