В лаборатория в ЦЕРН получиха първия кубит атиматерия

Физици от колаборацията BASE в ЦЕРН успяха да задържат антипротон в състояние на плавни квантови колебания между две състояния за близо минута.

Този експериментален пробив, описан в списание Nature, е първата демонстрация на кубит антиматерия.

Частици като антипротона (който има същата маса като протона, но противоположен заряд) се държат като миниатюрни магнити, които могат да бъдат ориентирани в една от две посоки в зависимост от квантовия им спин.

Измерването на обръщанията на тези, така наречени, магнитни моменти чрез кохерентна квантова преходна спектроскопия е мощен инструмент за квантово отчитане и обработка на информация.

Той позволява и прецизни проверки на фундаментални закони на природата, включително CPT-симетрията (симетрия заряд-четност-време).

Според тази теорема, материята и антиматерията би трябвало да се държат еднакво, което противоречи на наблюденията.

Виждаме, че веществото във Вселената е много повече от антивеществото.

Частиците притежават квантови свойства, противоречащи на здравия разум – например, способността да интерферират сами със себе си.

Взаимодействието с околната среда обаче може бързо да потисне тези интерферентни ефекти чрез процес, наречен квантова декохеренция.

Запазването на кохерентността е критично важно за управлението и проследяването на еволюцията на квантови системи, като преходите между спиновите състояния на единичен антипротон.

Въпреки че кохерентни квантови преходи са наблюдавани в големи ансамбли от частици и при захванати йони, те никога не са били фиксирани за единичен свободен ядрен магнитен момент.

Колаборацията BASE за първи път постигна това във фабриката за антиматерия на ЦЕРН.

Експериментът може да се сравни с люлеене на дете на люлка.

При правилен тласък, люлката се движи напред-назад в идеален ритъм. Представете си, че люлката е единичен антипротон в капан, променящ спиновите си състояния „нагоре“ и „надолу“ в плавен, контролиран ритъм.

BASE постигнаха това, използвайки сложна система от електромагнитни капани.

BASE изучава антипротони, създадени във фабриката за антиматерия на ЦЕРН, като ги задържа в електромагнитни капани на Пенинг и ги премества в друга система от капани за измерване и промяна на спиновите им състояния.

По-рано с тази установка бе показано, че магнитните моменти на протона и антипротона са идентични с точност до милиардни части. Всяка, дори минимална разлика, би нарушила CPT-симетрията.

Предишният резултат обаче се основаваше на некохерентна спектроскопия.

След мащабна модернизация, ефектите на декохеренция бяха потиснати, което позволи за първи път кохерентна спектроскопия на спиновете на антипротона.

Това състояние – време на спинова кохеренция – учените успяха да запазят за 50 секунди.

Кубитите са известни като основа на квантовите компютри.

Полученият в ЦЕРН кубит антиматерия обаче едва ли ще намери приложение извън фундаменталната физика в скоро време.

По-голям скок в точността на измерванията обещава системата BASE-STEP, която позволява пренос на захванати античастици в по-„спокойни“ магнитни условия.