Квантовая система перестала нагреваться, нарушив классические законы физики

Физики из Университета Инсбрука обнаружили, что сильно возбуждаемая квантовая система может полностью прекратить поглощать энергию, что противоречит классической интуиции о неизбежном нагреве.

Исследователи под руководством Ханнса Кристофа Нэгерля охладили сильно взаимодействующие атомы до нескольких нанокельвинов и поместили их в быстро переключаемый оптический решетчатый потенциал, который «пинал» частицы. Вместо ожидаемого непрерывного роста кинетической энергии и нагрева система через короткое время стабилизировалась.

В этом состоянии квантовая когерентность и многочастичная запутанность предотвращают терминализацию системы и проявление диффузионного поведения даже при постоянном внешнем воздействии. Распределение импульсов по сути замораживается.

Это явление назвали многочастичной динамической локализацией (MBDL). Ведущий автор работы Яньлян Го признал, что результат был неожиданным: атомы вели себя «удивительно упорядоченно». Теоретик Лэй Ин из Чжэцзянского университета отметил, что это открытие противоречит классической интуиции и демонстрирует стабильность, коренящуюся в квантовой механике.

Эксперимент показал, что квантовая когерентность является ключевым условием для этого эффекта. Добавление даже небольшой случайности в последовательность «пинков» разрушало локализацию, и система снова начинала поглощать энергию и нагреваться.

Открытие имеет важное значение для будущих квантовых технологий, таких как симуляторы и компьютеры, где нежелательный нагрев и декогеренция являются основными проблемами. Работа показывает, что при определенных условиях можно полностью остановить нагрев, открывая новые пути для поддержания стабильности квантовых систем вдали от равновесия.

Исследование опубликовано в журнале Science.