В квантовой механике нельзя одновременно знать точные значения ряда парных характеристик объектов, например, координаты электрона и его скорость (принцип неопределённости Гейзенберга). Можно получить точное значение лишь одного из параметров, ухудшив определение второго. Это называется сжатием, когда пространство вероятностей превращается из круга в эллипс. Но можно пойти дальше и добиться боле тонких соотношений, создав вместо эллипса лепестки и шипы.

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Источник изображений: University of Oxford

О таком замечательноv прорыве сообщили учёные из Оксфордского университета (University of Oxford), которые впервые в мире продемонстрировали «квадросжатие» (quadsqueezing) — квантовое взаимодействие четвёртого порядка. Как и сжатие третьего порядка, сжатие четвёртого порядка считается явлением высшего порядка, ранее недостижимым экспериментально. Получить распределение вероятностей более сложной формы, чем эллипс, мешали шумы, которые маскировали более тонкие квантовые взаимодействия. Между тем способность регистрировать таковые открывает путь к более чувствительным датчикам. В частности, это может повысить чувствительность гравитационно-волновых обсерваторий, которые уже используют в детекторах явление сжатия второго порядка.

Для своего эксперимента исследователи использовали единственный захваченный ион, к которому применили две «тщательно контролируемые силы» — управляемые лазерные поля. Хотя каждая сила в отдельности производила простой линейный эффект, их некоммутативное взаимодействие порождало сильное нелинейное квантовое взаимодействие высшего порядка. Изменяя частоты, фазы и амплитуды сил, учёные могли избирательно активировать нужный тип сжатия, подавляя нежелательные эффекты. Сжатие четвёртого порядка удалось генерировать более чем в 100 раз быстрее, чем ожидалось при традиционных подходах.

Экспериментальный метод был подтверждён реконструкцией квантовых состояний движения иона, показавшей характерные формы для взаимодействий разных порядков. Теперь подход расширяют на многомодовые системы. Более того, предложенный метод совместим с различными квантовыми платформами (сверхпроводящими, на холодных атомах и других) и уже используется для генерации суперпозиций сжатых состояний и моделирования решёточной калибровочной теории. В сумме это открывает новые перспективы в квантовой симуляции, сверхточных датчиках и вычислениях.

Биологам давно известны квантовые механизмы в природных белках и живых организмах, например, явление флуоресценции и биомагнитная ориентация птиц и насекомых. Природа в этом опередила человека. Но учёные воспользовались эволюционным методом для искусственного отбора белков с нужными им свойствами и впервые целенаправленно получили природный белок со встроенным квантовым механизмом.

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Источник изображения: University of Oxford

Проделанная работа может считаться одним из первых в Великобритании междисциплинарных исследований, в котором приняли участие специалисты по ИИ, биологии и квантовым наукам. Это триада, которая становится остриём современного развития науки и техники во всём мире. Неудивительно, что на стыке этих дисциплин произошёл прорыв, если так можно сказать, в постквантовый киберпанк. Белки с квантовыми устройствами — это возможность наделить человека чем-то таким, что до этого представлялось настоящей фантастикой.

Учёные из Университета Оксфорда (University of Oxford) целенаправленно контролировали процесс мутации одного из белков овсянки до наделения его требуемыми свойствами. В данном случае исследователи добивались чувствительности белка к микроволновому излучению. Тем самым были разработаны так называемые магниточувствительные флуоресцентные белки (MFPs), способные взаимодействовать с магнитными полями и радиоволнами при возбуждении белка светом определённой длины волны. Безусловно, подобное открывает совершенно новый класс биотехнологий, основанных на квантовых эффектах, а не только на классической биофизике или химии.

Механизм работы квантового белкового комплекса следующий: магниточувствительные флуоресцентные белки возбуждаются светом синего светодиода. Сами по себе они излучают флуоресцентный свет другого цвета (зелёный). Интенсивность этой флуоресценции можно регулировать, применяя магнитные или радиочастотные поля соответствующей мощности и частоты. Внутри белка существует электронная система, способная поддерживать квантовые состояния спина или другие квантовые явления, на которые непосредственно воздействует микроволновое излучение. Тем самым белок имеет встроенный квантовый механизм, которым учёные могут управлять по своему желанию.

Одним из перспективных направлений применения таких белков является молекулярная визуализация внутри живых организмов. Исследователи уже создали прототип прибора, который с помощью принципов, схожих с магнитно-резонансной томографией (МРТ), способен обнаруживать эти белки в ткани. Однако, в отличие от традиционной МРТ, новая технология потенциально сможет отслеживать конкретные молекулы или экспрессию генов, что критично для задач целевой доставки лекарств и мониторинга генетических изменений, например в опухолях.