«Мы смогли взглянуть на физику процесса через призму машинного обучения, что позволило не только оптимизировать эксперимент, но и понять физические ограничения, с которыми мы сталкивались. Нам удалось оптимизировать параметры процесса лазерного охлаждения, что привело к значительному увеличению количества атомов в конденсате Бозе-Эйнштейна», — пояснил аспирант кафедры Российского квантового центра МФТИ Давлет Кумпилов, чьи слова приводит Центр научной коммуникации вуза.
Конденсат Бозе-Эйнштейна представляет собой экзотическую квантовую форму материи, похожую по некоторым свойствам на газ и жидкость. Он состоит из множества атомов или других частиц, охлажденных почти до абсолютного нуля. В соответствии с законами квантовой механики, это облако ведет себя как один гигантский атом, что делает его привлекательным материалом для создания квантовых компьютеров, сенсоров и решения массы других задач.
Возможности по решению и масштабы этих задач, как отмечают ученые, напрямую зависят от того, как много индивидуальных атомов содержит в себе конденсат Бозе-Эйнштейна. Их число зависит от того, как протекает процесс их охлаждения внутри специальных магнитно-оптических ловушек и как часто эти атомы «сбегают» из этой структуры в процессе охлаждения их облака до температуры, близкой к абсолютному нулю.
Улучшенный конденсат Бозе-Эйнштейна.
Российские ученые проследили за процессом образования конденсата Бозе-Эйнштейна из большого числа атомов туллия и обработали собранные данные при помощи созданной ими оптимизирующей системы машинного обучения. Она подобрала оптимальную стратегию по охлаждению атомов туллия при помощи импульсов лазерного излучения, что привело к заметному снижению частоты несанкционированных «побегов» атомов туллия.
Эти же расчеты указали на то, что наращиванию числа атомов в конденсате Бозе-Эйнштейна также мешает так называемая трехчастичная рекомбинация, одна из форм взаимодействий атомов туллия. Она приводит к образованию двух связанных частиц, которые покидают ловушку и перестают участвовать в процессе охлаждения. Когда исследователи учли наличие этого феномена, им удалось удвоить число атомов в конденсате по сравнению с тем, чего физикам удавалось добиться в прошлом.
«Благодаря методам машинного обучения нам удалось оптимизировать параметры нашего эксперимента, что, в свою очередь, открыло новые горизонты для исследования квантовых систем. Это важный шаг на пути развития будущих технологий в области квантовых вычислений», — подытожил руководитель Лаборатории квантовых симуляторов и интегрированной фотоники РКЦ в МФТИ Алексей Акимов, чьи слова приводит Центр научной коммуникации вуза.