|
Кот Шрёдингера обзавёлся целым выводком
|
|
|
|
Квантовая физика — это главный вызов классической интуиции человечества. Во время лекции в Массачусетском технологическом институте в 1964 году физик Ричард Фейнман произнёс знаменитую фразу: «Могу с уверенностью сказать, что никто не понимает квантовую механику». Именно эта неинтуитивная странность заставляла физиков на протяжении десятилетий полагаться на удобные метафоры при объяснении одного из основных принципов квантовой механики: суперпозиции.
|
|
|
|
Самая известная из этих метафор — кот Шрёдингера, мысленный эксперимент, впервые предложенный австрийским физиком-теоретиком Эрвином Шрёдингером, в котором кот, радиоактивный изотоп с вероятностью распада 50/50, счётчик Гейгера, колба с ядом и механизм запуска помещаются в герметичный ящик. Если счётчик Гейгера обнаруживает радиоактивный распад, колба разбивается, яд высвобождается, и кошка умирает (оговорка: ни одна кошка на самом деле не пострадала при проведении этого мысленного эксперимента). Если радиоактивный изотоп не распадается, кошка живёт.
|
|
|
|
Значение этой метафорической схемы заключается в том, что она математически похожа на идею квантовой суперпозиции и квантового коллапса волновой функции. Пока коробка не открыта, мы не можем знать, распался ли радиоактивный изотоп, поэтому кошка в коробке с нашей точки зрения одновременно жива и мертва. Но как только наблюдатель производит измерение (то есть открывает коробку), «волновая функция» этой суперпозиции состояний коллапсирует. После открытия коробки кошка может находиться только в одном из двух состояний — она либо жива, либо мертва.
|
|
|
|
|
|
|
Кажущаяся парадоксальная ситуация, когда кот Шрёдингера одновременно жив и мертв, аналогична проблеме суперпозиции субатомных частиц, которые могут казаться находящимися в двух состояниях одновременно, пока их не измерят. Однако на протяжении десятилетий ученые предполагали, что за пределами простого сценария «жив или мертв» могут существовать более сложные вариации знаменитого мысленного эксперимента Шрёдингера. Теперь исследование, проведенное учеными из Оксфордского университета, успешно продемонстрировало эти экзотические вариации в лабораторных условиях с использованием одного иона стронция-88, заключенного в ионную ловушку. Манипулируя как внутренним квантовым состоянием иона (т.е. его спином), так и его движением — последнее ведет себя как квантовый осциллятор — исследователи создали суперпозиции, включающие множество квантовых свойств, а не только два противоположных состояния. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review X.
|
|
|
|
«Этот подход дал нам инструмент для придания квантовым суперпозициям практически любой формы», — заявил в пресс-релизе физик из Оксфорда Себастьян Санер, ведущий автор исследования. «Полученные нами состояния демонстрируют вращательную симметрию и образуют поразительные геометрические интерференционные картины».
|
|
|
|
Согласно пресс-релизу, эти различные состояния в основном возникают из-за того, как распределена неопределенность квантовой структуры или как она размещена в фазовом пространстве. Имея две степени свободы — обеспечиваемые внутренним квантовым состоянием и движением иона — исследователи смогли, по сути, формировать состояние движения иона. Авторы объясняют, что это позволило им настраивать размер, фазу и расстояние между различными компонентами, а также переключаться между другими неклассическими состояниями, включая сжатые, трисжатые или квадсжатые состояния в одной суперпозиции.
|
|
|
|
Это не просто интересное теоретическое открытие. Эти новые квантовые состояния могут улучшить двухуровневые квантовые биты, используемые в современных квантовых технологиях, а также усовершенствовать методы квантовой коррекции ошибок.
|
|
|
|
«Классическое представление о квантовой системе, находящейся в двух местах одновременно, — это только начало», — сказал Санер в интервью Gizmodo. «Существует гораздо более обширный ландшафт возможных квантовых состояний, и мы все еще учимся получать к нему доступ экспериментальным путем».
|
|
|
|
Квантовая физика продолжает бросать вызов способности человеческого разума понимать присущую реальности странность. Но чем больше мы узнаем, тем больше раскрываем огромный потенциал будущего, основанного на этих неинтуитивных идеях.
|
|
|
|
Источник
|
