Физики открыли ранее неизвестный тип фазовых переходов, в рамках которого атомы спонтанно становятся «запутанными» на квантовом уровне. Работа опубликована в журнале Nature, о результатах сообщила пресс-служба Технологического университета Дрездена (TUD).

«Мы открыли ранее неизвестную форму квантовых фазовых переходов, в процессе которого происходит образование незримых квантовых связей между тысячами атомов. Образно выражаясь, наша квантовая "кошка Шредингера " полностью сменила свой мех в результате процесса, о котором мы в прошлом не знали», – заявил профессор TUD Маттиас Войта.

Несмотря на то, что существование квантовой запутанности было доказано в ходе нескольких тысяч экспериментов, физики пока не могут сказать, как именно работает этот феномен и какие границы у него существуют. Для их поиска ученые проводят эксперименты по запутыванию атомов, частиц света и прочих объектов, или же отдельных объектов, расположенных на больших расстояниях.

Профессор Войта и его коллеги открыли квантовый феномен, который позволит ускорить такие исследования, а также поможет ученым создать новые типы квантовых технологий. Они совершили это открытие в ходе опытов с необычным магнитным веществом, соединением лития, фтора и гольмия (LiHoF4).

Как выяснили физики еще 25 лет назад, при низких температурах окружающей среды это вещество ведет себя как спонтанный ферромагнетик, направление «намагниченности» которого можно менять, воздействуя на него слабыми магнитными полями. При этом постепенное увеличение силы этих полей приводит к тому, что LiHoF4 внезапно теряет свои магнитные свойства.

Исследователи из Германии раскрыли одну из причин необычного поведения этого материала в ходе наблюдений за тем, как менялись квантовые свойства отдельных атомов внутри LiHoF4. В рамках этих опытов ученые охладили материал до температуры, близкой к абсолютному нулю, и проследили за тем, как меняются квантовые свойства отдельных атомов и магнитные характеристики всего соединения в целом при изменениях в направлении и напряженности внешних магнитных полей.

Замеры указали на то, что приложение внешнего магнитного поля провоцирует ранее неизвестный тип фазового перехода, резкого спонтанного изменения в свойствах и взаимодействиях большого числа частиц. В ходе этого процесса тысячи атомов в толще LiHoF4 спонтанно запутывались друг с другом, что приводило к изменениям в магнитных свойствах этого материала.

Как отмечают физики, такая особенность соединения лития, фтора и гольмия позволяет использовать этот материал для изучения квантовых взаимодействий между большим числом объектов внутри полноценного трехмерного пространства. Профессор Войта и его коллеги надеются, что это позволит их команде и другим коллегам создать новые квантовые технологии, построенные на базе феномена квантовой запутанности.