Учёные впервые создали кубит из антиматерии — это может стать шагом в новую физику

Учёные имеют все основания считать, что Стандартная модель в физике недостаточно полно описывает нашу Вселенную. Поэтому каждый новый эксперимент в физике элементарных частиц направлен на поиск несоответствий в модели, что может стать ключом к новой физике. Группа учёных на базе ЦЕРН смогла создать основу для такого поиска, впервые создав своего рода кубит из антиматерии.

Не видно кубита из антиматерии? А он там есть! Источник изображения: BASE

Кубит из антиматерии не будет использоваться в качестве элементарной структуры квантового компьютера будущего. Очевидно, что эксперименты с антивеществом опасны — оно моментально аннигилирует при столкновении с обычным веществом, что приведёт к разрушительным последствиям. Аргумент «во-первых, это красиво» — оставим кинематографу. Кубит из антиматерии ценен тем, что позволяет сравнить свойства вещества и антивещества на новом уровне, а именно — сравнив их магнитные моменты, тесно связанные со спинами.

Поиск отличий между материей и антиматерией может подсказать разгадку колоссального дисбаланса между количеством материи и антиматерии в наблюдаемой Вселенной. В теории в момент Большого взрыва вещество и антивещество должны были возникнуть примерно поровну. В реальности же в природе вокруг нас нет антиматерии. Учёные научились синтезировать антивещество в лабораториях в очень малых количествах. Даже для опытов его приходится копить годами.

До сегодняшнего дня учёные с высокой точностью доказали, что одинаковые частицы вещества и антивещества отличаются только знаком заряда, тогда как все остальные их свойства одинаковы. Это закрепила теория CPT-инвариантности о фундаментальной симметрии физических законов при преобразованиях частиц. Два года назад, например, опыт в ЦЕРН с высочайшей точностью показал, что нет никакой разницы в воздействии гравитации на частицы и античастицы. Сегодня исследователи взяли новый рубеж — доказали идентичность магнитных моментов вещества и антивещества.

Прорыв совершила коллаборация BASE. С точностью до миллиардных долей выяснилось, что протоны и антипротоны имеют одинаковый магнитный момент — в одинаковых магнитных полях они ведут себя совершенно одинаково. Они не нарушили симметрию, но это не означает, что учёные опустили руки. С мая этого года в ЦЕРН появился контейнер для транспортировки антиматерии по всей Европе. Коллаборация BASE обещает найти «тихое» место — свободное от магнитных помех, рядом с работающим Большим адронным коллайдером, и провести там новый эксперимент с определением магнитных моментов античастиц. Вдали от помех точность измерений повысится в 10-100 раз, что может привести к долгожданным открытиям.

В условиях ЦЕРН антипротон удалось удерживать в состоянии суперпозиции около 50 секунд. Этого хватило для измерения магнитного момента частиц с ограниченной точностью. Кубиты — это тоже частицы в состоянии суперпозиции. Таким образом, антипротон в состоянии суперпозиции с полным правом можно назвать кубитом, хотя в вычислительной технике он вряд ли найдёт применение.