Древнегреческий мыслитель и математик Зенон Элейский известен своими логическими парадоксами. Один из них — Стрела Зенона — звучит следующим образом: "Летящая стрела неподвижна, так как в каждый момент времени она занимает равное себе положение, то есть покоится; поскольку она покоится в каждый момент времени, то она покоится во все моменты времени, то есть не существует момента времени, в котором стрела совершает движение".
Эта теория легла в основу описания явлений в квантовой физике. Впервые парадокс летящей стрелы был переведен на язык физики в 1977 году, когда теоретики сформулировали принцип недостижимости точного измерения квантовой системы при условии постоянных наблюдений за ней. Данная научная догма очень хорошо соотносится с главным принципом квантовой механики — неопределенностью Гейзенберга. Это фундаментальное неравенство описывает невозможность одинаково точно определить координату и импульс частицы. Экспериментально квантовый эффект Зенона впервые наблюдали в 1989 году в охлажденных лазером ионах, захваченных в ловушку магнитного и электрического полей.
Сегодня физик Олифер Бензон и его коллеги из Берлинского университета имени Гумбольдта представили результаты своего последнего эксперимента, в ходе которого они увидели квантовый эффект Зенона в кристалле алмаза. Напомним, что алмазы уже несколько раз были признаны идеальным материалом для конструирования квантовых компьютеров. Исследователи работали с так называемыми азото-замещенными вакансиями (NV-центры) — дефектными участками в кристаллической решетке алмаза, где на месте атома углерода стоит атом азота, а рядом с ним находится пустое пространство.
Чтобы изменить магнитное состояние спина электрона, расположенного в NV-центре, физики направили на него микроволновое излучение. Затем они использовали лазерный луч для того, чтобы включить красную флуоресценцию. Это должно было помочь определить, в каком состоянии находится спин электрона в каждый отдельно взятый момент. Но на этом этапе вступил в силу квантовый эффект Зенона: как только исследователи попытались таким образом рассмотреть NV-центр, оказалось, что колебание спина между двумя состояниями было нарушено.
"Увидеть эффект Зенона в кристаллической решетке алмаза — это лишь первый шаг. Дальше нужно будет научиться создавать квантовые логические вентили на основе алмазов", — говорит Бензон.
Квантовый аналог привычных логических вентилей устроен несколько сложнее. Информация хранится в квантовых состояниях носителей, таких как фотоны или азото-замещенные вакансии. Ранее искажающее картину воздействие окружающей среды не позволяло сохранить более нескольких кубитов (квантовых битов) информации за раз. "Постоянное измерение состояний помогает защитить их от неконтролируемого распада и расширить объем сохраняемой информации", — поясняет Бензон.
Коллеги немецких физиков, не принимавшие участия в данной работе уверены, что алмазы действительно станут основой квантовых компьютеров в будущем. Однако они считают необходимым для начала выяснить наверняка, подчиняются ли дестабилизации колебаний спинов в NV-центрах законам квантовой механики.
О результатах своего исследования Бензон и его коллеги написали в статье, которую сегодня можно увидеть на сайте препринтов arXiv.org. Она уже принята к публикации в журнале Physical Review A, и вскоре с ней также можно будет ознакомиться в их интернет-версии.
