Реакция на расстоянии. Физики воспроизвели необычный квантовый эффект

В классической физике заряженная частица реагирует только на то электрическое или магнитное поле, с которым она непосредственно сталкивается. Однако квантовая механика демонстрирует гораздо более сложные явления. В 1959 году физики Якир Ахаронов и Дэвид Бом предсказали, что заряженная частица подвергается воздействию магнитного потока, даже двигаясь полностью за пределами самой зоны поля. В этом случае изменяется так называемая квантовая фаза частицы, влияющая на интерференцию ее возможных путей.

Это явление, известное как эффект Ахаронова-Бома, стало одним из самых ярких доказательств специфических законов микромира.

Недавно команда ученых из Оксфордского университета в сотрудничестве с коллегами из Мадрида успешно воспроизвела этот феномен на основе гибридной квантовой системы. Результаты работы опубликованы в научном издании Nature Physics.

Проект начался еще в 2022 году под руководством доктора Себастьяна Санера и доктора Оаны Базаван. Для эксперимента исследователи объединили кубиты и квантовые осцилляторы, образованные благодаря колебаниям тех же ионов. Кубиты играли роль калибровочных полей, тогда как осцилляторы представляли саму материю.

Объединив эти компоненты в виде простой петли, ученые смогли смоделировать сложные решеточные калибровочные теории, описывая взаимодействие материи и фундаментальных полей. Вместо того чтобы задавать магнитное поле как фиксированный фон, исследователи закодировали его непосредственно в кубиты. Благодаря этому магнитный поток стал активной частью единой квантовой динамики вместе с эволюционирующей массией.

Во время симуляции ученые наблюдали процесс квантового туннелирования, когда частица перемещается между разными точками петли. Без магнитного потока частица свободно передвигалась по системе. Однако после введения смоделированного потока два возможных пути движения частицы приобрели измененные квантовые фазы. В результате возникла деструктивная интерференция — квантовые взносы обоих путей взаимно компенсировали друг друга. Это явление полностью подавило туннелирование, из-за чего моделируемая частица осталась в своем исходном состоянии, фактически остановившись под действием невидимого поля.

Оксфордский эксперимент проводился параллельно с аналогичным исследованием команды из Университета Мэриленда под руководством профессора Норберта Линке, которые фокусировались на моделировании потенциала Юкавы. Обе научные группы скоординировали подачу своих работ в журнал Nature Physics. Успешные демонстрации подтверждают огромный потенциал гибридных квантовых компьютеров как инструментов для изучения сложных физических взаимодействий, которые очень трудно или невозможно просчитать с помощью классических вычислительных систем.