Различным группам исследователей уже не раз доводилось плести узлы из всяких удивительных вещей, ДНК, света и даже воды. А недавно, группе из университета Аальто (Aalto University), Финляндия, возглавляемой Микко Меттененом (Mikko Mottonen), удалось «завязать в узел» еще более экзотическую субстанцию, так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна (Bose-Einstein condensate, BEC). Следует отметить, что данные эксперименты проводились учеными в рамках более обширной программ исследований свойств квантовой материи и результаты этих исследований могут оказать достаточно большое влияние на развитие некоторых технологий будущего, квантовых коммуникаций, квантовых вычислений и т.п.
Конденсат Бозе-Эйнштейна — это необычное газообразное вещество, состоящее из облака атомов, охлажденных до температуры, близкой к температуре абсолютного нуля. Все атомы этого облака взаимосвязаны на квантовом уровне и это приводит к весьма интересному эффекту — все облако становится одним большим квантовым объектом.
При помощи магнитного поля с тщательно подобранной формой и силой, группа Меттенена заставила облако конденсата Бозе-Эйнштейна, состоящее из атомов рубидия, свернуться в достаточно сложный узел, называемый расслоением Хопфа (Hopf fibration), имеющий форму тора, состоящего из взаимосвязанных кругов. «Этот узел является весьма сложным и интересным с визуальной точки зрения» — рассказывает Микко Меттенен, — «Работая с такими формами, вы начинаете ценить их сложность и элегантность».
Но узлы могут быть не только красивыми, ученый-физик 19-го века Лорд Кельвин (Lord Kelvin) считал, что атомы являются узлами эфира, жидкой субстанции, которая заполняет собой все пространство Вселенной. Намного позже эта и другие подобные идеи стали основой теории квантовых топологических областей, в которых частицы описываются математическими формами, подобными сложным узлам.
«Эти квантовые узлы имеют огромное значение с точки зрения фундаментальной физики» — рассказывает Меттенен, — «А наш эксперимент показывает, что создание подобных структур в квантовой области является вполне возможным делом».
Вполне вероятно, что такие или подобные виды квантовых узлов могут быть использованы в качестве элементов устройств нового класса, которые называются квантовыми топологическими компьютерами. Следует отметить, что данное направление рассматривается многими организациями, в том числе и компанией Microsoft, как одно из наиболее перспективных направлений развития вычислительной техники. «Я надеюсь, что наши последние эксперименты могут дать ощутимый толчок дальнейшему развитию этого перспективного направления» — рассказывает Меттенен.
Источник:
