Квантовый аналог эффекта Аррениуса

Квантовое туннелирование через барьер в двойной потенциальной яме исследовалось в различных системах, но ранее удавалось наблюдать лишь расщепление уровней энергии или динамику основного и первого возбуждённого состояния, хотя более высокие возбуждённые состояния представляют интерес для ряда молекулярных и ядерных процессов. Сложность их изучения обусловлена проблемой контроля параметров систем с двойными ямами. N.E. Frattini (Йельский университет, США) и соавторы создали полностью управляемую двойную яму в сверхпроводящей цепи и впервые проверили предсказания квантовомеханических расчётов для данного случая [3]. Изучался сверхпроводящий кубит Керра – Ката с микроволновой накачкой. В нём достигалось рекордное время релаксации в 1 мс. Спектроскопия квантовых уровней показала попарное сближение уровней, соответствующее экспоненциальному уменьшению туннельного расщепления в возбуждённых состояниях по мере их погружения под потенциальный барьер. Был исследован квантовый аналог закона Аррениуса, известного в химической кинетике, где он описывает тепловую активацию реакций, разделённых энергетическим барьером. В квантовой версии закона Аррениуса, где переходы осуществляются между двумя потенциальными ямами, скорость перехода в зависимости от высоты барьера изменяется не плавно, а по ступенчатой схеме. Это объясняется наличием в ямах дискретных квантовых состояний. Результаты указанных исследований могут найти применение в квантовых вычислениях. [3] Frattini N E et al. Phys. Rev. X 14 031040 (2024)