В обычном мире, чтобы повлиять на предмет, его надо коснуться — толкнуть, притянуть, обдать ветром. В квантовом мире это правило нарушается. В 1959 году физики Якир Ааронов и Дэвид Бом предсказали: заряженная частица «чувствует» магнитное поле, даже если ни разу через него не проходит. Физики Оксфордского университета воспроизвели этот эффект на гибридном квантовом компьютере и показали, как такое поле может полностью остановить частицу. Работа опубликована в Nature Physics.
Две дороги и одна волна
В квантовой механике частица ведёт себя как волна. Если у неё есть два пути, она идёт сразу по обоим, а в конце две «половинки» волны складываются. Если гребни совпадают — волна усиливается. Если гребень одной попадает на впадину другой — они гасят друг друга. Это называется интерференцией.
Ааронов и Бом заметили, что магнитный поток, пронизывающий область между двумя путями, сдвигает одну «половинку» волны относительно другой. Сама частица при этом через поле не идёт — но результат интерференции меняется.
Ионы вместо электронов
Оксфордская команда под руководством Себастьяна Занера вместе с коллегами из Мадрида собрала модель из ионов в ловушке. Колебания ионов играли роль частицы, которая может «перескакивать» между двумя точками. Два кубита соединяли эти точки, изображая два пути. А чтобы «вставить» магнитный поток между путями, кубиты приводили в особое запутанное состояние.
Частица застыла
Без потока частица спокойно переходила туда-обратно между двумя точками — физики называют это туннелированием. Когда поток «включали», две дороги начинали мешать друг другу: волны гасились, туннелирование исчезало полностью, и частица оставалась там, где была.
Зачем это нужно
Эффект Ааронова — Бома давно подтверждён в опытах с электронами. Новое здесь — способ. Гибридный квантовый компьютер, где одни элементы изображают «вещество», а другие — поля, позволяет моделировать сложные явления, которые трудно рассчитать на обычном компьютере. Например, то, как частицы взаимодействуют с полями в материалах или в физике элементарных частиц.
