Причудливое поведение световых частиц показывает, что известный мысленный эксперимент Шрёдингера с котом, призванный раскрыть странную природу субатомных частиц, может оказаться даже удивительнее, чем думали физики.
Ведь, как показывает новое исследование, мало того, что «квантовый кот» одновременно жив и мертв — но он также может быть в двух местах в одно и то же время.
«Мы представляем аналогию с котом Шредингера, созданным из электромагнитного поля, локализованного в двух полостях, — говорит ведущий автор исследования Чэнь Ван (Chen Wang), физик из Йельского университета. — Самое интересное, что здесь кот находится в двух ящиках одновременно».
По её словам, полученные результаты могут помочь в решении нерешаемых математических задач с помощью квантовых вычислений, используя способность субатомных частиц находиться в нескольких состояниях в одно и то же время.
Эксперимент с котом
Известный парадокс был сформулирован физиком Эрвином Шрёдингером в 1935 году, чтобы объяснить понятие квантовой суперпозиции — явление, при котором крошечные субатомные частицы могут находиться в нескольких состояниях одновременно.
Согласно парадоксу, кот заперт в ящике со смертельным радиоактивным атомом. Если радиоактивный атом распался — кот погибает, но если он еще не распался — кот жив. Так как, согласно господствующей интерпретации квантовой механики, частицы могут существовать в нескольких состояниях одновременно, пока они не измеряются, логика диктовала, что кот был бы и жив, и мертв в одно и то же время, пока не было бы выяснено состояние радиоактивного атома.
Кот в двух ящиках
Установка для нового исследования была обманчиво проста: команда создала две алюминиевые полости размером около 2,5 см по горизонтали, а затем использовала сапфировый чип для создания стоячей волны света в этих полостях. Ученые использовали специальный электронный элемент, называемый джозефсоновским контактом, чтобы наложить стоячую волну двух отдельных длин волн света в каждой полости. Конечным результатом было то, что кот, или группа из около 80 фотонов в полостях, колебался на двух различных длинах волн одновременно — в двух разных местах. Поэтому для того, чтобы выяснить, является ли так сказать кот живым или мертвым, потребовалось бы открыть оба ящика.
Отметим, что для создания этой концептуально простой физической установки на самом деле потребовался сверхчистый алюминий и высокоточные чипы и электромагнитные устройства, чтобы гарантировать, что фотоны будут изолированы от окружающей среды надлежащим образом.
По словам исследователей, полученные результаты могут облегчить коррекцию ошибок в квантовых вычислениях.
Ведь в квантовых вычислениях биты информации кодируются в хрупких суперпозиционных состояниях частиц и когда эта суперпозиция потеряна или повреждена, то одновременно повреждаются и данные. Таким образом, большинство концепций квантовых вычислений включают огромную избыточность: до 99% вычислений или даже больше будут сделаны для исправления ошибок, а не ради самого вычисления.
Созданная же система вполне может обойти эту проблему путем кодирования избыточности в пределах самой полости, а не в отдельных битах вычислений.
