Впервые ученые наблюдали квантовый фазовый переход

К классическим фазовым переходам относятся такие феномены, как замерзание воды при температуре 0 градусов. Однако, они происходят и на уровне квантовой механики, и до сих пор изучены плохо.

Примером такого явления является прорыв фотонной блокады, который был открыт всего 2 года назад. Во время фотонной блокады фотон заполняет полость в оптической системе и мешает другим фотонам попадать туда, тем самым блокируя их движение. Но если поток фотонов превышает критический уровень, происходит квантовый фазовый переход, и состояние системы меняется с непрозрачной на прозрачную. Именно его и наблюдали исследователи, которым впервые удалось добиться особых условий, необходимых для проведения эксперимента.

Во время эксперимента ученые использовали микрочип с сверхпроводящим микроволновым резонатором, действующим как полость, и несколько сверхпроводящих кубитов. Чип охлаждался до температуры, близкой к абсолютному нулю — 0,01 градуса Кельвина, чтобы температурные колебания не оказывали воздействия. Затем они направили поток фотонов к резонатору на чипе. На выходе физики усилили и измерили микроволновой поток. При определенных условиях они зарегистрировали сигнал, который стохастически колебался между нулевой и полной передачей, доказывая произошедшее сосуществование обеих фаз, пишет Phys.org.

Это явление может быть использовано для создания носителей информации и процессоров для квантовой симуляции. «Наш эксперимент занимает точно 1,6 миллисекунд для любой входной мощности. Соответствующая цифровая симуляция требует пары дней работы суперкомпьютера. Это позволяет понять, в чем преимущество этих систем для квантовых симуляций», — объяснил Иоганн Финк, руководитель научной группы.

Многие законы классической физики могут оказаться неприменимы, когда речь заходит о квантовой физике. Ученые из МФТИ и РАН обнаружили условия, при которых второй закон термодинамики может локально нарушаться. В ближайшее время ученые планируют провести экспериментальную проверку этого эффекта.