Физики наконец-то нашли способ спасти кота Шредингера
Знаменитый мысленный эксперимент австрийского физика Эрвина Шредингера «кошка в коробке» является иллюстрацией одной из определяющих характеристик квантовой механики - непредсказуемого поведения частиц на квантовом уровне.
Это делает работу с квантовыми системами невероятно трудной; но что если бы мы могли делать квантовые предсказания? Команда физиков считает, что это возможно. В новом исследовании они продемонстрировали свою способность предсказывать нечто, называемое квантовым скачком, и даже полностью изменить процесс после его начала.
Они сказали, что они «спасли» кота Шредингера.
Но сначала быстрое освежение информации о том, кто такой кот Шредингера. Физик придумал сценарий так: в закрытой коробке стоит кот. Также в коробке находится источник радиоактивного распада, счетчик Гейгера и запечатанная колба с ядом. Если счетчик Гейгера обнаруживает радиоактивный распад одного атома, он разбивает ядовитую колбу, которая убивает кошку.
Нет возможности заглянуть внутрь, поэтому вы не можете знать, жив кот или мертв. Он существует в состоянии обоих, пока вы не откроете коробку. В тот момент, когда вы это делаете, это сразу либо одно, либо другое, совершенно случайно, и больше не может быть и тем и другим одновременно.
Вся эта воображаемая установка является метафорой для чего - то, называемого квантовой суперпозицией, в соответствии с которой частица (например, атом, электрон или фотон) может существовать в нескольких энергетических состояниях одновременно-вплоть до точки, в которой Вы ее наблюдаете.
Как только это наблюдается, его внезапный случайный переход между энергетическими состояниями известен как квантовый скачок.
И именно этот скачок физики теперь смогли не только предсказать, но и манипулировать, сознательно изменяя результат. Исследователи, возглавляемые группой из Йельского университета, использовали искусственные атомы, называемые кубитами, которые также используются в качестве основных единиц информации в квантовом компьютере.
Каждый раз, когда вы измеряете кубит, он выполняет квантовый скачок. Они непредсказуемы в долгосрочной перспективе, что может вызвать проблемы в квантовых вычислениях.
«Мы хотели знать, можно ли получить предварительный сигнал о том, что скоро должен произойти скачок», - сказал физик Златко Минев из Йельского университета.
Команда разработала эксперимент для косвенного наблюдения сверхпроводящего кубита, используя три микроволновых генератора для облучения кубита в герметичном трехмерном корпусе из алюминия.
Это микроволновое излучение переключает кубит между энергетическими состояниями, в то время как другой луч микроволнового излучения контролирует коробку. Когда кубит находится в основном состоянии, микроволновый луч производит фотоны. Внезапное отсутствие фотонов означает, что кубит собирается совершить квантовый скачок в возбужденное состояние.
Исследование показало, что это был не столько прыжок, сколько переход; не щелчок переключателя, а, возможно, скольжение рычага.
Следовательно, другой, точно синхронизированный импульс излучения может обратить вспять квантовый скачок после того, как он был обнаружен, отправив кубит обратно в его основное состояние; или, опираясь на метафору кота Шредингера, не дать кошке умереть (взволноваться) и вернуть ее к жизни (земле).
Там все еще долгосрочная непредсказуемость; исследователи не могут, например, точно предсказать, когда произойдет квантовый скачок. Это может быть через пять минут или пять часов.
Но как только прыжок начался, он всегда следует по одному и тому же пути. Команда наблюдала, что на протяжении 6,8 миллионов прыжков картина была последовательной.
«Квантовые скачки атома в некоторой степени аналогичны извержению вулкана», - сказал Минев. «Они абсолютно непредсказуемы в долгосрочной перспективе.
«Тем не менее при правильном мониторинге мы можем с уверенностью обнаружить заблаговременное предупреждение о надвигающейся катастрофе и действовать на нее до того, как она произошла».
Исследование было опубликовано в журнале .