Живой или мертвый кот Шрёдингера может быть в 2 ящиках одновременно

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.

280516_4

«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.

280516_3

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.