Тайна тёмного состояния раскрыта: как корейские учёные поймали неуловимое квантовое явление

Учёные из Южной Кореи впервые в мире сумели зафиксировать квантовую запутанность в так называемом "тёмном состоянии" — явлении, которое до этого существовало лишь в теории. Работа исследователей из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) совместно с учёными из KRISS и KIST открывает путь к созданию более устойчивых квантовых технологий, в частности систем хранения информации.

В чём суть прорыва

Главная проблема практических квантовых устройств — их уязвимость к шумам и внешним помехам. "Яркие" состояния запутанности, с которыми обычно работают физики, быстро разрушаются и живут считаные пикосекунды.

В отличие от них, "тёмные" состояния почти не взаимодействуют со светом, а значит — меньше подвержены разрушению. До сих пор такие состояния описывались только в теоретических моделях, но корейским учёным удалось создать их в лаборатории.

Как это сделали

Ключом стал оптический микрорезонатор — нанополость с точно настроенным уровнем потерь. Балансируя между рассеиванием энергии и силой связи между квантовыми точками, исследователи добились образования коллективного защищённого состояния.

"При слишком высоких потерях квантовые точки ведут себя независимо, а при достаточно сильной связи между ними образуется то самое защищённое состояние", — пояснил соавтор работы доктор Кю Юн Ким.

Эксперимент показал: если стандартная "яркая" запутанность существует около 62 пикосекунд, то новое "тёмное" состояние продержалось 36 наносекунд - в 600 раз дольше.

Дополнительным доказательством стала регистрация неклассического bunching-эффекта - группового испускания фотонов, подтверждающего наличие запутанности.

Почему это важно

Прорыв даёт надежду на создание устойчивых квантовых систем, которые смогут работать не в идеальных лабораторных, а в реальных условиях.

Достижение открывает перспективы:

• разработки квантовой памяти для компьютеров нового поколения;
• создания высокоточных сенсоров;
• применения квантовых принципов в энергетике.

Публикация в журнале Nature Communications от 9 июля 2025 года уже назвали важным шагом на пути к практической квантовой инженерии.

Три интересных факта

1. Квантовая запутанность впервые описана Эйнштейном, Подольским и Розеном в 1935 году, и сам Эйнштейн называл её "жутким действием на расстоянии".
2. Современные квантовые компьютеры страдают от "декогеренции" — потери квантовых свойств за наносекунды, поэтому поиск устойчивых состояний — ключевая задача.
3. Эффект bunching впервые наблюдался ещё в 1950-х годах и до сих пор служит одним из главных признаков квантовой корреляции фотонов.