Квантовый хаос не испугался вакуума, не остановился на холоде… но сдался перед светом

Удержать атомы от потери квантовой информации — задача, которая десятилетиями ставила в тупик инженеров и физиков. Вся концепция квантовых технологий — от сверхточных сенсоров до мощных вычислительных систем — упиралась в один ключевой вызов: как сохранить состояние атомных магнитных моментов в «шумной» среде, где любые флуктуации сбивают их с ритма.

Теперь международная команда учёных из Еврейского университета в Иерусалиме и Корнеллского университета нашла элегантное решение . Вместо массивных экранов, экстремального охлаждения или сложных магнитных схем — всего один лазерный луч. И он работает лучше прежних подходов: в эксперименте с парами цезия удалось почти в десять раз замедлить утрату квантовой информации.

В основе метода лежит управление явлением спин-релаксации — процесса, при котором атомы теряют свою ориентацию из-за столкновений между собой и с окружающей средой. Магнитное состояние атома в квантовых устройствах играет роль носителя информации: его необходимо удерживать в строго заданном направлении. Но даже минимальные тепловые или магнитные возмущения способны разрушить равновесие.

Классические методы защиты от таких потерь были громоздкими и дорогими: требовались либо сверхнизкие температуры, либо экранирование, либо магнитные ловушки. Всё это усложняло системы и мешало масштабному внедрению.

Авторы нового подхода пошли иным путём. Вместо блокировки внешних воздействий они предложили активное согласование — синхронизацию ориентации частиц с помощью света. Лазер, точно настроенный по частоте, вызывает сдвиг энергетических уровней атомов. Эти сдвиги работают как камертон: выравнивают направление всех векторов, даже когда атомы сталкиваются друг с другом или со стенками ячейки.

Эксперимент проводился в парообразной среде цезия при комнатной температуре, без вакуумных камер и криогенных установок. В таких, максимально приближенных к реальности условиях, удалось добиться девятикратного увеличения времени когерентности — периода, в течение которого сохраняется квантовая устойчивость.

По сути, свет перестаёт быть просто стимулятором и становится элементом стабилизации. Он задаёт общий ритм, удерживая вращающиеся частицы в согласованном состоянии — словно тысячи юл крутятся в унисон, несмотря на удары и помехи.

Важно и то, что метод демонстрирует устойчивость даже при заметном магнитном фоне и обычной температуре. Это делает технологию пригодной для компактных и мобильных решений, не перегруженных системами защиты.

Потенциал применения — колоссален. Сенсоры на основе квантового выравнивания уже используются в навигации, медицине, геофизике, археологии и даже для исследования мозга. Особенно перспективны направления, где требуется неинвазивная визуализация и высокая точность.

Кроме того, технология открывает путь к автономной навигации без зависимости от GPS. Точные компасы и инерциальные датчики на квантовых принципах становятся возможны, только если можно обеспечить устойчивость сигнала на длительное время.

В команде проекта — Авраам Береби, Марк Дикополцев, профессор Ори Кац из Еврейского университета и профессор Ор Кац из Корнелла. Все они — специалисты в области оптики для квантовой физики, и их работа укладывается в актуальный тренд: замена громоздких инженерных кострукций простыми, но эффективными физическими принципами.

Тем самым открывается новая глава в квантовой инженерии: не изолировать систему от окружающей среды, а использовать её естественные свойства для удержания порядка. Свет в этом подходе — не просто инструмент, а средство синхронизации и гармонизации хаоса. Пусть до коммерческой реализации ещё предстоит путь, но принцип уже найден — и он куда проще, чем всё, что использовалось прежде.