Три наношарика дрожат миллион раз в секунду. При +20°C творится квантовое безумие

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) впервые в истории квантовой физики сумели удержать в оптической ловушке кластер из трёх наношариков стекла, каждый из которых содержит около 300 миллионов атомов. Размер каждой сферы — примерно в десять раз меньше толщины человеческого волоса. Эта трёхэлементная башнеобразная структура была поднята и стабилизирована в пространстве с помощью лазерных лучей, что стало заметным шагом вперёд в развитии квантовых сенсоров.

Эксперимент проводился под руководством адъюнкт-профессора фотоники Мартина Фриммера и опубликован в журнале Nature Physics. В своей работе команда использовала оптический пинцет — систему, основанную на поляризованном лазерном излучении, сфокусированном в вакууме. Благодаря этой технологии удалось эффективно компенсировать гравитационное притяжение и стабилизировать нанокластер в подвешенном состоянии.

Несмотря на внешнюю неподвижность, система проявляла едва уловимые колебания, вызванные нулевыми флуктуациями — квантовым эффектом, при котором даже при идеальных условиях объект не может находиться в абсолютном покое. Частота этих осцилляций достигала миллиона раз в секунду, а амплитуда составляла лишь тысячную долю градуса.

По словам первого автора исследования, постдока Лоренцо Дании, наблюдать подобные флуктуации чрезвычайно сложно, особенно в телах столь большого масштаба. Однако группе удалось зафиксировать эти движения с беспрецедентной точностью. Размер удерживаемого объекта значительно превышает типичные масштабы для квантовых экспериментов, что делает результат особенно значимым.

Проведённый анализ показал, что 92% всех зафиксированных колебаний имеют квантовую природу, тогда как влияние классических возмущений удалось минимизировать. Такой уровень квантовой чистоты стал рекордным для систем сопоставимых размеров.

Важной особенностью эксперимента стало то, что он был проведён при комнатной температуре. Обычно для наблюдения подобных эффектов требуется охлаждение до близких к абсолютному нулю значений — порядка –273°C. Отказ от криогенных условий существенно снижает стоимость и упрощает возможное внедрение технологии, как показывают и другие недавние достижения в области квантовых систем при комнатной температуре .

По мнению Фриммера, это достижение можно сравнить с созданием транспорта, способного перевозить больше при меньших затратах. Такой подход, сочетающий высокую точность и практическую реализуемость, открывает путь к новым квантовым устройствам, применимым в навигации, медицине и фундаментальных физических исследованиях.

Особенно впечатляет потенциал методики для обнаружения слабейших воздействий, включая взаимодействия с частицами газа или гипотетическими элементами тёмной материи. Команда ETH Zurich рассматривает текущий результат как отправную точку для дальнейших исследований, способных привести к созданию принципиально новых квантовых технологий.