Квантовые гармонические осцилляторы — фундаментальные системы, встречающиеся в колебаниях света, молекул и даже одиночных атомов. Управление их состояниями важно для развития квантовых сенсоров и вычислений. Одним из ключевых методов является квантовое сжатие: оно позволяет уменьшить неопределённость одной величины (например, положения) за счёт увеличения другой (импульса), что уже используется, например, в детекторах гравитационных волн LIGO.
До сих пор в экспериментах удавалось реализовать только обычное сжатие. Физики давно пытались реализовать более сложные режимы — трисквизинг и квадсквизинг (третьего и четвёртого порядка), которые обещают более мощные и тонкие квантовые эффекты, что оставались недостижимыми из-за слабости и нестабильности.
Группа из Оксфордского университета впервые реализовала сквизинг четвёртого порядка на одиночном ионе, используя две точно настроенные силы, действующие одновременно. Такой подход основан на принципе некоммутативности: в квантовом мире порядок операций важен, и совместное действие сил приводит к синергетическому эффекту, намного более сильному, чем сумма сил по отдельности.
Эксперимент позволил переключаться между обычным сжатием, трисквизингом и квадсквизингом, причём четвёртый порядок был достигнут более чем в 100 раз быстрее, чем ожидалось по классическим методикам. Это стало возможным благодаря тонкой настройке частот, фаз и интенсивностей воздействий на ион.
По словам руководителя эксперимента, Оаны Бэзэван, «результат — это не просто создание нового квантового состояния, а демонстрация метода для инженерии ранее недостижимых взаимодействий». Теперь можно рассчитывать на более точные квантовые симуляции, новые типы квантовых сенсоров и развитие квантовых вычислений.
