kvantová fyzika

Fyzici na čínské vesmírné stanici Tiangong vytvořili oblak atomů rubidia s ekvivalentní teplotou 9,7 pikokelvinu, což má být dosud nejnižší naměřená hodnota tohoto typu. Jde o teplotu zhruba 280miliardkrát nižší než průměrná teplota kosmického mikrovlnného pozadí, nikoli však o dosažení absolutní nuly. V mikrogravitaci vznikl Boseho-Einsteinův kondenzát, jehož atomy se po uvolnění z pasti rozpínaly mimořádně pomalu. Výzkumníci využili laserové a odpařovací chlazení, přičemž účinek gravitace při úniku energetičtějších atomů nahradili magnetickým gradientem. Takto ultrachladné plyny by mohly zvýšit citlivost atomové interferometrie a pomoci při testování základních fyzikálních zákonů ve vesmíru.

Mezinárodní tým pozoroval supersolidní kvantový stav v exciton-polaritonovém Boseho–Einsteinově kondenzátu bez nutnosti kryogenního chlazení. Stav, který spojuje vlastnosti supratekutiny a pravidelnou krystalickou strukturu, vznikl v mikrodutině s kapalným krystalem a organickým polovodičem za použití laserových pulzů. Zařízení lze ovládat napětím a podle autorů funguje i při teplotách blížících se 60 °C. Měření ukázala spontánní narušení symetrie, když se pruhová struktura kondenzátu po každém pulzu obnovovala v odlišné poloze. Hlavní omezení zatím představuje rychlá degradace materiálů a krátká životnost jevu, výzkum však může usnadnit vývoj kvantových senzorů a výpočetních technologií.

Korejští fyzici navrhli, že dřívější optický experiment mohl nechtěně realizovat takzvaný časový qubit. Nejde o cestování časem, ale o kvantový stav, v němž může proces současně probíhat ve dvou opačných časových směrech. Metoda využívá provázané páry fotonů ze dvou krystalů a změnou fáze laserového světla obrací řízenou část kvantové interakce. Společný koherentní zdroj navíc umožňuje, aby se oba směry dostaly do superpozice a interferovaly. Závěr vychází z nové interpretace dat včetně měření z roku 2018 a zatím jde o preprint bez recenzního řízení. Specializovaný experiment by mohl prověřit možné využití pro kvantové výpočty a korekci chyb.

Tým z Caltechu a Yaleovy univerzity dokázal pomocí výpočtů z prvních principů přesněji popsat Kondoův jev, při němž magnetické příměsi v kovu při nízkých teplotách zvyšují elektrický odpor. Metoda modeluje složité interakce elektronů kolem jednotlivého magnetického atomu bez dosavadních výrazných zjednodušení. Její výsledky se shodly s laboratorními měřeními a v některých případech byly až stokrát přesnější než běžné modely. Zatím byla ověřena na jednoduchých kombinacích kovů a magnetických atomů, do budoucna by však mohla pomoci zkoumat supravodiče, kvantové magnety i další složité materiály.

Historik fyziky Flavio Del Santo objevil v rakouském archivu dosud nepublikovaný třístránkový rukopis Erwina Schrödingera z poloviny 40. let. Text reaguje na tehdejší spor o to, zda je kvantová náhoda skutečná, nebo ji mohou vysvětlit dosud neznámé skryté proměnné. Schrödinger v něm ukázal chybu v argumentu, který měl skryté proměnné vylučovat, a navrhl matematický model reprodukující kvantové pravděpodobnosti i při následných měřeních. Nešlo však nutně o obhajobu determinismu: Schrödinger dlouhodobě zastával názor, že ani deterministické, ani indeterministické pojetí nelze definitivně dokázat či vyvrátit. Nález tak upřesňuje jeho filozofické postoje a připomíná trvající debatu o povaze reality v kvantové fyzice.

Nová studie naznačuje, že vzájemné působení kvantových polí může výrazně potlačovat jejich náhlý přechod do energeticky výhodnějšího stavu. Takový přechod, označovaný jako tunelování z falešného vakua, by mohl zásadně změnit vlastnosti hmoty i základních sil. Autoři modelovali rozpínající se vesmír, v němž sledované pole ovlivňuje okolí tvořené dalšími poli; tento mechanismus přirovnávají k decoherenci a kvantovému Zenoovu jevu. „Kosmické uzamčení“ by mohlo stabilizovat i Higgsovo pole, přestože přechod nelze zcela vyloučit. Výsledky jsou zatím založeny na zjednodušeném modelu a jejich význam pro skutečné Higgsovo pole musí ověřit realističtější výpočty.

Vědci vyvinuli metodu, která pomocí pikosekundových elektrických impulzů obchází rušivý pohyb kvantových vírů v supravodičích druhého typu. Díky tomu mohli zkoumat takzvaný depárovací limit, při němž se rozpadají Cooperovy páry elektronů zajišťující bezodporové vedení proudu. U nitridu niobu pozorovali náhlý zánik supravodivosti po dosažení jasně vymezené prahové hodnoty proudu, zatímco materiál z rodiny YBCO slábl postupně. Rozdíl souvisí s odlišnou symetrií energetické mezery těchto materiálů. Nový postup může zpřesnit studium základních vlastností supravodičů a podpořit vývoj materiálů pro technické využití.

Mezinárodní tým vedený vědci z Caltechu experimentálně potvrdil předpověď z roku 1984 o uspořádání energetických hladin v systémech na kvantových kritických bodech. V kvantovém simulátoru vytvořeném z atomů stroncia zachycených lasery naměřili vzorce připomínající příčky energetického žebříku. Výsledky odpovídaly předpovědím konformních teorií pole pro Isingův i trikritický bod. Experiment s řetězci až 35 atomů ukazuje, že technologie vyvíjené pro kvantové počítače mohou už nyní sloužit k základnímu fyzikálnímu výzkumu. Metoda by mohla pomoci zkoumat i kvantové fáze, jejichž chování klasické počítače nedokážou spolehlivě popsat.

Teoretická studie zkoumala kvantovou teleportaci napodobující chaotické mísení informace uvnitř černých děr. Autoři porovnali jednodušší Cliffordovy obvody bez takzvané kvantové magie s náhodnými operacemi, které jí obvykle disponují. Oba přístupy dosáhly v průměru stejné věrnosti přenosu kvantového stavu, avšak náhodné operace poskytovaly výrazně stabilnější výsledky. U větších modelovaných systémů se výkon jednoduššího postupu blížil dokonalosti a jeho výsledky byly konzistentnější. Klíčové přitom bylo správně sladit způsob dekódování s použitým mísením informace. Práce je zatím teoretická, nebyla recenzována a neznamená možnost přenášet informaci skutečnými černými dírami.

Vědci z Okinawského institutu vědy a techniky zaznamenali, že kvantové spiny elektronů vyvolaly pohyb centimetrového objektu. Grafitová destička levitující nad soustavou magnetů nesla tří milimetrový diamant s defekty typu NV, jejichž spiny lze řídit laserem. Celek o hmotnosti asi 128 miligramů se posunul přibližně o 100 nanometrů. Samotný pohyb byl klasický, podnět k němu však vzešel z kvantového jevu. Experiment může přispět k budoucím pokusům o vytvoření kvantové superpozice u větších objektů a ke zkoumání vztahu kvantové mechaniky a gravitace.