Команда физиков из Йельского университета разделила кота Шредингера на две отдельные коробки - и эта чертова штука выжила.
Ну, было и не было одновременно, пока кто-то не заметил. Затем он либо жил, либо умер.
Добро пожаловать в квантовую физику, где законы видимого мира неприменимы, а микроскопические частицы, похоже, действуют на своем собственном уровне.
Исследование Йельского университета, опубликованное в журнале Science 27 мая 2016 года, основано на принципе суперпозиции, долгое время символизируемой кошкой в мысленном эксперименте австрийского физика Эрвина Шредингера в 1935 году. Один из самых известных головоломок в квантовой теории. Этот принцип, по сути, гласит, что субатомные частицы одновременно находятся во всех возможных физических состояниях - состоянии суперпозиции - до тех пор, пока кто-нибудь не попытается их наблюдать. Они занимают одно измеримое состояние (ориентация, местонахождение, уровень энергии), когда кто-то пытается их наблюдать.
Так, например, электрон теоретически занимает все возможные места на своей орбите, пока вы не попытаетесь его найти. Тогда это всего в одном месте.
Кошка без государства
Кошка была фарсовым представлением Шредингера о том, как суперпозиция будет выглядеть вне лаборатории. В своем знаменитом гипотетическом эксперименте он запечатал кошку в коробке с радиоактивной частицей и пузырьком с ядовитым газом. Если частица распадется, пузырек разобьется и кошка умрет; если бы это было не так, кот бы жил.
Шредингер указывал, что если бы эта частица находилась в состоянии суперпозиции, одновременно распадаясь и не распадаясь, пока никто не смотрит, кошка была бы и мертва, и жива, пока кто-нибудь не открыл коробку.
Шредингер на это не поверил. Однако он ошибался. В микроскопическом масштабе ненаблюдаемая материя каким-то образом может находиться в нескольких состояниях одновременно, и эта способность может быть ключом к квантовым вычислениям, которые обещают скорости обработки, невообразимые по сегодняшним стандартам.
Обычный компьютерный бит может находиться в состоянии "1" или в состоянии "0". Квантовый бит, или кубит, может находиться в обоих состояниях одновременно, известном как «состояние кошки», что позволяет ему выполнять несколько задач одновременно.
И если бы этот кубит с двойным состоянием был связан с другим кубитом с двойным состоянием, так что любое действие, выполняемое одним, мгновенно вызывало бы действие в другом - состояние запутанности - они могли бы выполнять несколько задач одновременно вместе, как один блок.
Ученые говорят о таких «двухрежимных кошачьих состояниях» уже более 20 лет, но никто до сих пор этого не достиг.
«Многие нелепые сценарии в принципе теоретически возможны, пока мы не [найдем] намеки на ограничения квантовой механики, и всегда интересно увидеть, что мы на самом деле можем сделать в лаборатории», - сказал доктор. Чен Ван, научный сотрудник Йельского университета прикладной физики и физики и ведущий автор исследования.
Два государства, два места
В этом случае Ван и его коллеги уловили фотоны микроволнового света, мельчайшие компоненты электромагнитных полей, в двух отдельных микроволновых камерах, связанных сверхпроводящим каналом. Серия энергетических импульсов переводит оба поля в состояния суперпозиции, колеблясь в двух противоположных направлениях одновременно.
«Состояние кошки для резонаторного микроволнового генератора очень похоже на гитарную струну, вибрирующую в двух противоположных направлениях одновременно», - написал Ван в электронном письме.
«Двухрежимное состояние кошки, - сказал он, - похоже на две гитарные струны, каждая из которых вибрирует двумя способами одновременно, но синхронно друг с другом».
Вот где появляется сверхпроводящий канал. Поскольку камеры были связаны, разделенные фотоны могли взаимодействовать. Таким образом, они запутались, описываемые Физикой Вселенной как состояние, в котором «частицы, взаимодействующие друг с другом, становятся постоянно коррелированными или зависимыми от состояний и свойств друг друга до такой степени, что они эффективно теряют свою индивидуальность и во многих отношениях ведут себя как единое целое."
Когда исследователи отключили канал, поля по-прежнему вели себя так, как если бы они были связаны. Любые изменения, внесенные в одну камеру, вызвали одновременные изменения в другой камере, хотя они больше не были связаны физически.
Квантовое будущее
Исследование впервые показало жизнеспособность двухрежимного состояния кошки, в котором одно состояние суперпозиции существует в двух разных местах одновременно.
" Это доказывает, что наша квантовая технология продвинулась до такой степени, что мы можем создать состояние кошки с большим количеством частиц различных разновидностей", - сказал Ван.
Квантовая теория, кажется, становится менее теоретической.
«Физикам не только «парадокс» кошки [Шредингера] больше не кажется концептуально абсурдным, - сказал Ван, - но и еще более экзотические квантовые состояния становятся обычным явлением и достижимыми».
Следующим в повестке дня команды является «внедрить исправление ошибок в квантовом логическом вентиле между двумя квантовыми битами».
Вот это стыдно
В 1930-х годах Альберт Эйнштейн отверг теорию квантовой запутанности. Мало того, что он был неправ, ему приписывают то, что он сбил с толку поколения ученых относительно природы явления.