Исследователи Оксфордского университета с помощью гибридного квантового компьютера воспроизвели эффект Ааронова — Бома. В эксперименте смоделированная частица полностью прекратила движение, хотя не проходила через область магнитного поля. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics.
Эффект Ааронова — Бома был предсказан физиками Якиром Аароновым и Дэвидом Бомом в 1959 году. Согласно этому явлению, заряженная частица может испытывать влияние магнитного потока, находясь за пределами самого магнитного поля. Это воздействие проявляется не как обычная сила, а как изменение квантовой фазы — характеристики волнового поведения частицы, влияющей на интерференцию возможных траекторий.
Оксфордская группа изучала эффект в рамках решёточной калибровочной теории. В таких моделях пространство представляют в виде сетки: частицы располагаются в её узлах, а поля связывают соседние точки. Подобные системы применяются для описания взаимодействий материи и фундаментальных полей, однако их расчёт быстро становится слишком сложным для обычных компьютеров.
Экспериментальная установка объединила два типа квантовых компонентов. Кубиты, закодированные во внутренних состояниях удерживаемых электромагнитным полем ионов, изображали калибровочные поля, а колебания тех же ионов выполняли роль материи. Два осциллятора и два кубита образовали небольшой замкнутый контур, достаточный для моделирования взаимодействия частицы с магнитным потоком.
Чтобы представить поток, учёные перевели кубиты в запутанное состояние. Изначально команда во главе с доктором Себастьяном Санером, доктором Оаной Базаван и их коллегами планировала задать магнитный поток как неизменный внешний фон, но возможности установки этого не позволяли. В итоге поток закодировали непосредственно в кубитах, благодаря чему он стал частью развивающейся квантовой системы. «Для нас захватывающим шагом было закодировать магнитный поток в калибровочном поле, которое само было динамическим», — сказал доктор Санер. «Вместо того чтобы материя развивалась в фиксированном фоне, материя и калибровочное поле становятся частью одной и той же квантовой динамики».
Без магнитного потока частица могла свободно туннелировать по контуру. После его включения две возможные траектории получили разные квантовые фазы, из-за чего их вклады начали гасить друг друга. Деструктивная интерференция полностью подавила туннелирование и оставила частицу в исходном состоянии. Как сообщает ScienceDaily, параллельно с оксфордской работой исследователи Университета Мэриленда под руководством профессора Норберта Линке смоделировали потенциал Юкавы; обе независимые разработки показали возможности гибридных квантовых систем для изучения фундаментальных взаимодействий, трудных для расчёта классическими методами.