Взаємодія на відстані. Науковці в галузі фізики зуміли відтворити унікальний квантовий феномен.

Вчені з Оксфордського університету використали гібридний квантовий комп'ютер для повторення ефекту Ааронова-Бома. Дослідження продемонструвало, як невидиме магнітне поле може повністю зупинити рух моделюючої частинки без фізичного контакту.

У класичній фізиці заряджена частинка взаємодіє тільки з електричними чи магнітними полями, до яких вона безпосередньо дотикається. Проте квантова механіка відкриває двері до значно складніших явищ. У 1959 році фізики Якір Ааронов і Девід Бом висунули теорію, що магнітний потік може впливати на заряджену частинку навіть тоді, коли вона знаходиться поза межами самого поля. У цьому випадку відбувається зміна так званої квантової фази частинки, що, в свою чергу, впливає на інтерференцію її можливих шляхів.

Цей феномен, відомий під назвою ефект Ааронова — Бома, став одним із найяскравіших свідчень специфічних законів мікросвіту.

Не так давно група дослідників з Оксфордського університету, спільно з колегами з Мадрида, змогла успішно повторити цей феномен, використовуючи гібридну квантову систему. Висновки їхньої роботи були опубліковані в науковому журналі Nature Physics.

Проєкт стартував у 2022 році під керівництвом докторів Себастьяна Санера та Оани Базаван. У рамках експерименту вчені поєднали кубіти з квантовими осциляторами, які виникли внаслідок коливань одних і тих же іонів. Кубіти виконували функцію калібрувальних полів, тоді як осциляторами були представлені властивості самої матерії.

Об'єднавши ці компоненти у вигляді простої петлі, вчені змогли змоделювати складні ґраткові калібрувальні теорії, що описують взаємодію матерії та фундаментальних полів. Замість того щоб задавати магнітне поле як фіксований фон, дослідники закодували його безпосередньо в кубіти. Завдяки цьому магнітний потік став активною частиною єдиної квантової динаміки разом із матерією, що еволюціонує.

Під час симуляції вчені спостерігали процес квантового тунелювання, коли частинка переміщується між різними точками петлі. За відсутності магнітного потоку частинка вільно рухалася системою. Однак після введення змодельованого потоку два можливі шляхи руху частинки набули змінених квантових фаз. У результаті виникла деструктивна інтерференція -- квантові внески обох шляхів взаємно компенсували один одного. Це явище повністю придушило тунелювання, через що змодельована частинка залишилася у своєму початковому стані, фактично зупинившись під дією невидимого поля.

Оксфордський експеримент відбувався паралельно з подібним дослідженням, яке проводила команда з Університету Меріленда під керівництвом професора Норберта Лінке, що зосередила свою увагу на моделюванні потенціалу Юкави. Обидві наукові групи узгодили свої зусилля щодо публікації в журналі Nature Physics. Успішні результати підтверджують величезні можливості гібридних квантових комп'ютерів як ефективних інструментів для дослідження складних фізичних взаємодій, які важко або навіть неможливо обчислити з використанням традиційних комп'ютерних систем.