Квантовые технологии стремительно развиваются, предлагая революционные возможности для вычислений, коммуникаций и измерений. В июле 2025 года ученые из Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) объявили о создании первого в мире антиматерийного кубита. Это достижение знаменует собой важный шаг в понимании антиматерии и ее взаимодействия с квантовым миром, а также открывает перспективы для более глубоких и необычных экспериментов в области фундаментальной физики. Антиматерия — загадочная и редко встречающаяся форма вещества, состоящая из частиц, обладающих зарядом и свойствами, противоположными обычным частицам материи. Протон-антипартнер — антипротон — является одной из таких частиц.
Одним из фундаментальных вопросов, волнующих физиков целые десятилетия, является причинное объяснение асимметрии между материей и антиматерией во Вселенной, поскольку теория предсказывает примерно равное их количество в космическом масштабе. Важность достижения CERN заключается не только в самой возможности создания квантового бита на основе антиматерии, но и в демонстрации стабильности такого квантового состояния. В эксперименте команда использовала антинейтральные протоны, которых аккуратно ловили в электромагнитной ловушке Пеннинга. Эта ловушка создаёт сложное магнитное поле, позволяя удерживать отдельные частицы в сверхчистой квантовой среде. Выдерживая крайне стабильные условия, исследователи добились того, что антинейтральный протон совершал квантовые переходы между состояниями спина, переходя между квантовыми состояниями вверх и вниз.
Эта квантовая «качка» продолжалась уникально долго — целых 50 секунд, что для квантовых систем чрезвычайно значительный срок. Прежние наблюдения квантовых переходов в подобных частицах зачастую длились секундные доли, а стабильная когерентность спинового состояния обеспечила возможность дальнейших точных измерений. Основой успешного эксперимента стала методика когерентной квантовой переходной спектроскопии, которая позволяет измерить магнитный момент частицы с рекордной точностью. В ходе работы использовались усовершенствования в технологии подавления и устранения декогеренции — процесса, при котором квантовое состояние разрушается из-за внешних помех и шумов. Это важный аспект, поскольку именно продление когерентности и минимизация возмущений являются ключами к развитию практических квантовых вычислений.
Возникший антиматерийный кубит, хотя и является мощным доказательством нашего понимания квантовых свойств антиматерии, в практическом плане пока не предназначен для применения в компьютерах. Как отмечают эксперты BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) — проекта CERN, — технологии производства и хранения антиматерии чрезвычайно сложны и дороги. Создание, удержание и контроль над антиматерийными частицами требует сверхвысоких энергетических затрат и специальных условий, что делает антиматерию непривлекательным материалом с точки зрения массового использования в вычислительной технике. Тем не менее, исследование важно с научной точки зрения, поскольку антиматерия может вести себя не так, как привычная материя, в определенных фундаментальных процессах. Именно такие отличия могут пролить свет на загадки космологии, например, на причины, по которым материя преобладает над антиматерией во Вселенной.
Если в будущем будут выявлены существенные различия в свойствах материальных и антиматериальных кубитов, то это откроет дверь для новых теорий и экспериментов. Кроме того, внедрение улучшений в экспериментальный комплекс BASE, под названием BASE-STEP, позволит повысить точность измерений магнитного момента антинейтрального протона как минимум в десять раз, а впоследствии — в сто раз. Такой прогресс даст возможность глубже изучать взаимодействия антиматерии и проверить симметрии, лежащие в основе стандартной модели физики частиц. Столь долгосрочный и упорный эксперимент отражает суть современной фундаментальной физики: малейшее открытие может сыграть ключевую роль в великой мозаике законов природы. Создание антиматерийного кубита усиливает потенциал применения когерентной квантовой спектроскопии к отдельным частицам антиматерии и материи с беспрецедентной точностью.
Открытие может повлиять и на другие научные направления, начиная с разработки новых квантовых часов, способных измерять время с колоссальной точностью, и заканчивая потенциальными применениями в квантовых датчиках и сенсорах, хотя до таких технологий предстоит пройти большой путь испытаний и исследований. Подводя итоги, создание первого антиматерийного кубита — знаковое событие, расширяющее наше понимание квантового мира и поднимающее вопрос о новых горизонтах, доступных для изучения. Это событие подчеркивает, насколько удивительно и неоднозначно ведет себя природа на самых фундаментальных уровнях. Хотя практические приложения пока что далеки, потенциал этого достижения для теоретической и экспериментальной физики гигантский. По словам ведущих исследователей CERN, каждый маленький шаг в постижении природы антиматерии важен, ведь он приближает нас к разгадке одной из величайших загадок Вселенной — почему мы живем в мире, в котором материя правит балом, а антиматерия осталась лишь научной загадкой и пока что локальным феноменом лабораторных экспериментов.
Таким образом, создание антиматерийного кубита становится не просто достижением в квантовой физике, а символом новых возможностей и вызовов в поисках фундаментальных законов существования. Это достижение открывает двери, за которыми лежит ещё гораздо более странный и удивительный мир квантовой и антиматерийной взаимосвязи, который постепенно раскрывается перед человечеством.
