Международная группа физиков нашла способ смоделировать квантовый хаос, характерный для черных дыр и экзотических состояний материи, с помощью ультрахолодных атомов в оптической решетке. Вместо того чтобы собирать сложнейшую экспериментальную установку с нуля, исследователи предложили периодически «потрясти» систему, заставив частицы взаимодействовать по абсолютно новым правилам.
Долгое время физикам не удавалось воссоздать в лаборатории знаменитую модель Сачдева — Йе — Китаева (SYK), поскольку ее реализация требовала создания хаотических и всенаправленных связей между каждой парой частиц, что казалось технически невозможным. Стандартные методы работы с квантовыми системами не позволяли заставить частицы мгновенно перемешивать информацию так же эффективно, как это делают горизонты событий черных дыр.
Как заставить ультрахолодные атомы генерировать квантовый хаос
Эксперимент показал, что периодическая модуляция оптической кристаллической решетки подавляет привычные одиночные прыжки атомов и заставляет их взаимодействовать целыми группами. В результате частицы начинают влиять друг на друга случайным и плотным образом, воспроизводя ключевые параметры модели SYK. Точные математические расчеты подтвердили: хотя созданная система и не является полностью хаотичной по своей природе, она с высокой точностью демонстрирует квантовый хаос и сверхбыстрое перемешивание информации.
Новая технология работает за счет использования уже существующего лабораторного оборудования для охлаждения атомов лазерами, что полностью снимает прежние инженерные ограничения. Ученым больше не нужно конструировать громоздкие и нестабильные установки из экзотических материалов — достаточно правильно настроить частоту колебаний лазерного поля.
Лабораторное моделирование таких процессов позволит физикам без вылазок в космос изучать, как квантовая информация распространяется в сильно связанных системах и как ведет себя фундаментальная материя вдали от равновесия. В перспективе это поможет разгадать тайну квантовой гравитации и приблизит создание защищенных от помех квантовых компьютеров.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Квантовый переворот: как реальность перестала быть реальной