Исследователи из Института науки и технологий Окинавы (OIST) заставили левитирующее устройство сантиметрового размера двигаться под воздействием квантового свойства электронов в алмазе. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Science Advances. Работа может помочь в создании установок для проверки связи между квантовой физикой и гравитацией.
В основе опыта лежали азотно-вакансионные центры — дефекты кристаллической решётки алмаза с неспаренными электронами. Их спин позволяет управлять магнитными свойствами материала. Когда на алмаз направляли импульсы зелёного лазера, изменение спинового состояния создавало небольшую силу, смещавшую подвешенную конструкцию вниз.
Устройство включало левитирующую диамагнитную графитовую пластину с зеркалом и алмазом, соединённым с ней углеродным стержнем. Алмаз находился над магнитом, а стержень проходил через магнитную защиту, снижавшую внешние помехи. Отражение отдельного лазерного луча от зеркала регистрировал интерферометр, способный измерять перемещения с точностью до пикометров, то есть триллионных долей метра.
Масса исследуемого объекта была примерно в 100 миллионов — миллиард раз больше, чем у объектов в современных спин-механических экспериментах. «Мы наблюдали классический механический отклик на квантовую силу у объекта, который на восемь-девять порядков массивнее объектов в передовых спин-механических экспериментах», — сказал профессор подразделения квантовых машин OIST Джейсон Твамли.
Обычно учёные пытаются начать с микроскопических левитирующих объектов и постепенно увеличивать их массу. Команда OIST выбрала обратный путь: сначала использовала магнитную левитацию для крупной системы, а затем намерена развивать управление её квантовым состоянием. По словам аспиранта и первого автора работы Аншумана Наяка, для проверки квантовой природы гравитации потребуется помещать достаточно массивные объекты в суперпозицию разных положений и удерживать их в вакууме, чтобы уменьшить влияние окружающей среды.
Авторы рассчитывают со временем перейти от регистрации обычного движения к подготовке подлинно квантовых состояний всей системы. Долгосрочная цель — проверить, подчиняется ли гравитация квантовым законам; созданная установка также может стать основой сверхточных датчиков для поиска тёмной материи, гравитационных волн и других трудно обнаружимых явлений. Исследование «Spin force from a nitrogen-vacancy ensemble drives a 100-mg levitated resonator» опубликовано 7 октября 2026 года, его финансировали OIST и Японское агентство науки и технологий.