812
Фізики з Оксфордського університету та їхні колеги з Мадрида відтворили на гібридному квантовому комп’ютері ефект Ааронова—Бома — явище, за якого заряджена частинка реагує на магнітний потік, навіть коли сама не проходить через область, де існує магнітне поле. В експерименті цей «невидимий» вплив виявився настільки сильним, що повністю придушив квантове тунелювання й фактично зупинив модельовану частинку.
У класичній фізиці очікується, що заряджена частинка реагує на електричне або магнітне поле лише там, де воно безпосередньо присутнє. Квантова механіка працює інакше. У 1959 році Якір Ааронов і Девід Бом показали теоретично, що навіть у зоні з нульовим локальним магнітним полем частинка може змінювати свою квантову фазу через магнітний потік, який проходить через область між альтернативними шляхами її руху.
Кубіти стали полем, а коливання іонів — «матерією»
Проєкт розпочався ще у 2022 році під керівництвом доктора Себастьяна Санера та докторки Оани Базаван. Дослідники поєднали два типи квантових ступенів свободи в одній системі: кубіти та квантові осцилятори, які виникали завдяки коливанням тих самих захоплених іонів.
Кубіти відігравали роль калібрувальних полів, тоді як осцилятори представляли матерію. Ці компоненти об’єднали у просту петлю, яка дозволила змоделювати елементи ґраткових калібрувальних теорій — математичних моделей взаємодії матерії та фундаментальних полів.
Замість того щоб задавати магнітне поле як зовнішній фіксований фон, фізики закодували його безпосередньо в кубітах. Завдяки цьому потік став активною частиною тієї самої квантової динаміки, що й рух модельованої частинки.
Два шляхи взаємно «стерли» одне одного
Під час симуляції команда спостерігала квантове тунелювання — процес, коли частинка переходить між різними точками системи. Без магнітного потоку вона могла вільно рухатися петлею.
Після введення змодельованого потоку два можливі шляхи отримали різні квантові фази. Коли ці альтернативи знову поєдналися, виникла деструктивна інтерференція: квантові внески двох маршрутів взаємно компенсувалися.
У результаті тунелювання повністю придушилося. Модельована частинка залишилася у початковому стані, хоча локально не стикалася з магнітним полем. Саме це й є характерним проявом ефекту Ааронова—Бома.
Паралельно інша команда моделювала потенціал Юкави
Оксфордська група проводила експеримент паралельно з командою Університету Меріленда під керівництвом професора Норберта Лінке. Та робота була присвячена іншій фундаментальній взаємодії — потенціалу Юкави. Обидві групи узгодили подання своїх статей до Nature Physics.
Для фізиків ці результати важливі не лише як красива демонстрація квантового парадоксу. Гібридні квантові платформи можуть стати інструментами для моделювання взаємодій, які надто складно або практично неможливо розрахувати класичними комп’ютерами.
