Учёные Оксфорда сумели воспроизвести необычный квантовый эффект, согласно которому заряженная частица может чувствовать влияние магнитного поля даже тогда, когда её траектория внешне не проходит через сам магнит. Для этого они применили гибридную квантовую систему, сочетающую кубиты и квантовые осцилляторы, чтобы показать, как невидимое магнитное влияние может полностью остановить движение моделируемой частицы. Исследование опубликовано в Nature Physics. Источник описывает, что проект начался в 2022 году и был реализован под руководством Себастьяна Са́нера и Оаны Базарван, с участием коллег и поддержки Андрея Бермудеса.

Феномен называется эффектом Аharона–Бома: зара́жённая частица, перемещающаяся вокруг области с магнитным потоком, переживает измеримое изменение квантового состояния, хотя её путь не пересекает область с полем. Этот эффект подчёркнуто демонстрирует, что в квантовом мире не нужно «соприкасаться» с полем, чтобы повлиять на фазу волны частицы.

В рамках эксперимента использована связка квбитов, зафиксированных в ионах-«закрепителях» на основе электромагнитных полей, и квантовых осцилляторов, созданных за счёт вибраций тех же ионов. Описывается, что пара осцилляторов моделирует материю, а кубиты — поля, связывающие участки схемы. Совокупность двух осциляторов представляет материю в двух точках, а две пары кубитов — связывающие их поля. Незначительная по размеру установка позволила воспроизвести важное взаимодействие между материей и магнитнымFlux.

Важно, что изначально исследователи планировали задать магнитный поток как фиксированную фон-обстановку. Однако создание требуемого взаимодействия оказалось недоступно их квантовому оборудованию. В результате поле было закодировано непосредственно в кварк-гейдж-филд-систему, что позволило магнитному потоку стать частью эволюции самой квантовой системы.

После кодирования потока в подвижное поле исследователи поместили две кубитные частицы в запутанное состояние. Запутанность — это явление, при котором квантовые системы остаются взаимосвязанными и не можем быть полностью объяснены классической физикой. В их лattice-гейдж-схеме запутанный квантовый агрегат представлял магнитный поток, протекающий через центр петли. Когда поток стал частью динамики, движение материи и поля оказалось взаимозависимым. В процессе эксперимента без потока частица свободно туннелировала вокруг петли, но с потоком относительные фазы путей изменились и стали интерферировать вследствие деструктивной интерференции, что полностью подавило туннелирование и «заморозило» состояние частицы.

Результат демонстрирует эффект Аharонова–Бома в рамках теории решёточных гейджей с действующим полем и показывает, как явление может возникать, когда материя и поле представлены взаимодействующими квантовыми компонентами. По сути, динамическое поле вместо фиксированной фона дало возможность изучать более «живую» квантовую динамику и расширило арсенал инструментов для исследования фундаментальной физики.