Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Исследователи обнаружили простой, но мощный способ защиты атомов от потери информации – важнейшей помехи при разработке надежных квантовых технологий.

В квантовых сенсорах и системах памяти атомы постоянно теряют свою магнитную ориентацию или "спин" при столкновениях друг с другом или со стенками контейнера. Это явление серьезно ограничивает производительность и стабильность квантовых устройств. Традиционные методы защиты спинов требуют экстремально низких температур и мощных магнитных экранов, а это очень дорого.

Новый метод полностью обходит эти ограничения. Вместо мощного магнитного экрана он использует свет для тонкого смещения энергетических уровней атомов, выравнивая спины и поддерживая их синхронизацию даже при движении и столкновениях. Это создает устойчивое спиновое состояние, защищенное от потери информации.

В лабораторных экспериментах с паром цезия метод снизил рассогласование спина в 10 раз. Новый метод значительно улучшает работу устройств, основанные на атомных спинах: квантовых сенсоров и магнитометров для медицинской визуализации, археологии и космических исследований; точных навигационных систем, не зависящие от GPS; квантовых информационных платформ, где стабильность спина критична для хранения и обработки информации.

Поскольку метод не требует экстремального охлаждения и магнитных экранов, он дешевле и практичнее для реальных применений, чем существующие решения.

Перевод с английского

ИСТОЧНИК

ИСТОЧНИК

Ученые представляют революционный метод создания экзотических квантовых состояний через уникальное «скручивание в точке М» — новую фазу твистроники, открывающую доступ к ранее недостижимым видам квантовой материи.

В видео подробно разбираются гипотезы о природе точки М, ее влиянии на электронные свойства материалов и потенциал для высокотемпературной сверхпроводимости, топологических состояний и квантовых вычислений.

Детектор частиц sPHENIX — новейший эксперимент на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США — опубликовал свои первые физические результаты. Были проведены точные измерения количества и плотности энергии тысяч частиц, образующихся в результате столкновений золотых ионов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света.

Основные результаты и их значение.

Две недавно принятые к публикации статьи в журналах Physical Review C и Journal of High Energy Physics описывают эти измерения, которые создают основу для детального изучения кварк–глюонной плазмы (QGP) — уникального состояния материи, существовавшего всего через микросекунды после Большого взрыва около 14 миллиардов лет назад. Оба исследования доступны на сервере препринтов arXiv.

Новые данные показывают, что при более интенсивных ядерных столкновениях образуется больше заряженных частиц и выделяется большая суммарная энергия. Эти результаты согласуются с данными других детекторов RHIC, работающих с 2000 года, подтверждая корректную работу sPHENIX.

Проверка работы детектора.

Джин Хуан, физик из Брукхейвенской лаборатории и сопредседатель сотрудничества sPHENIX, отметил, что для нового и сложного эксперимента важно убедиться в правильности работы детектора, точности калибровки и надежности систем обработки данных. Для этого были проведены базовые измерения характеристик столкновений, которые подтвердили правильность работы оборудования.

Кроме базовых измерений, sPHENIX обладает расширенными возможностями, позволяющими достигать нового уровня точности, обнаруживать редкие сигналы и исследовать кварк–глюонную плазму с высоким разрешением. Меган Коннорс из Университета штата Джорджия и сопредседатель sPHENIX подчеркнула, что успешное определение количества заряженных частиц и их энергии открывает путь к глубокому изучению свойств QGP и раскрытию потенциала детектора.

Технические особенности детектора.

sPHENIX оснащён прецизионными системами слежения, которые восстанавливают траектории частиц, включая редкие, распадающиеся на расстоянии нескольких сантиметров от центра столкновения. Детектор также включает полный набор калориметров для измерения энергии частиц.

• Электромагнитный калориметр измеряет энергию электронов и фотонов.

• Адронный калориметр — первый такого рода в центральной зоне RHIC — измеряет энергию адронов, частиц, состоящих из кварков.

Джин Хуан сравнил системы слежения с гигантской 3D-камерой, позволяющей видеть траектории тысяч заряженных частиц, образующихся в столкновениях. Калориметры определяют энергию этих частиц.

Анализ данных и новые возможности!

Сочетание компонентов и высокая точность измерений позволяют количественно анализировать данные. Например, можно определить, насколько больше энергии выделяется при переходе от периферийных (косых) столкновений к центральным (лобовым). Данные показывают, что при центральных столкновениях энергия и количество заряженных частиц примерно в 10 раз выше, чем при периферийных.

Такая точность позволит выявлять редкие процессы, например образование тяжелых кварков рядом с точкой столкновения. Также детектор сможет реконструировать струи — коллимированные потоки частиц, возникающие из энергичных кварков или глюонов, учитывая всю энергию частиц в струе.

Перспективы исследований струй и субструктуры QGP.

Деннис Перепелица из Университета Колорадо в Боулдере, координатор по физике sPHENIX, отметил, что струи будут использоваться как «микроскоп» для изучения субструктуры кварк–глюонной плазмы. Сравнение взаимодействия струй, генерируемых тяжелыми и легкими кварками, с плазмой может показать, что QGP представляет собой неоднородную структуру — «густой суп», а не однородное «пюре». Это поможет понять, как частицы теряют энергию в плазме и каким образом QGP приобретает свои уникальные свойства.

Первые измерения — результат работы более 300 ученых sPHENIX, включая студентов и аспирантов со всего мира, которые построили, запустили и калибровали детектор, а также провели анализ данных. Меган Коннорс подчеркнула, что эти результаты закладывают фундамент для дальнейших исследований кварк–глюонной плазмы и открывают новую главу в эксперименте sPHENIX.