Учёные воссоздали причудливый квантовый эффект, который полностью останавливает частицу

Физики Оксфордского университета воссоздали на гибридном квантовом компьютере необычный квантовый эффект, при котором частица реагирует на магнитное поле, ни разу не проходя через него. Введя смоделированный магнитный поток, исследователи заставили частицу полностью остановиться: две возможные траектории вокруг контура интерферировали деструктивно, и квантовое туннелирование между состояниями полностью подавлялось. Работа опубликована в журнале «Nature Physics».

Эксперимент воспроизводит эффект Ааронова — Бома, предсказанный в 1959 году: заряженная частица, обходящая область с магнитным потоком, не проходя сквозь поле, всё равно испытывает измеримое изменение квантовой фазы. Оксфордская группа построила симуляцию решёточной калибровочной теории, объединив кубиты в состояниях захваченных ионов (они играли роль калибровочных полей) и квантовые осцилляторы, созданные колебаниями тех же ионов (они представляли материю). Изначально магнитный поток планировали задать как фиксированное фоновое условие, однако из-за ограничений оборудования его закодировали в запутанном состоянии кубитов — и это позволило сделать поле частью динамики, а не внешним неизменным влиянием. По словам ведущего автора Себастьяна Занера, материя и калибровочное поле стали частью одной квантовой динамики.

Результаты оксфордской группы опубликованы вместе с независимой работой исследователей Университета Мэриленда под руководством Норберта Линке, которые на аналогичной гибридной системе моделировали потенциал Юкавы. Хотя методы разрабатывались независимо, группы согласовали подачу статей, и вместе они демонстрируют, что гибридные квантовые компьютеры могут стать ценным инструментом для изучения фундаментальных взаимодействий, которые всё труднее моделировать на классических компьютерах. Эффект, предсказанный в 1959 году и позднее подтверждённый на реальных электронах, теперь воспроизведён в квантовом симуляторе, где само поле участвует в динамике.