Фізики придумали як врятувати кота Шредінгера

У 1935 році австрійський фізик Едвін Шредінгерзапропонував уявний експеримент, з метою продемонструвати всю абсурдність квантової механіки. Учасником уявного експерименту став кіт Шредінгера, якого разом з радіоактивною речовиною і спеціальним механізмом, який відкриває колбу з отрутою, поміщають в закритий ящик. У разі розпаду радіоактивного атома - а це може статися в будь-який момент часу, але коли точно невідомо - механізм відкриє ємність з отрутою і кіт загине. Але дізнатися, розпався чи радіоактивний атом чи ні, можна тільки заглянувши в коробку. До цього моменту, згідно з принципами квантової фізики, кіт одночасно і живий, і мертвий. Цей стан відомо як «квантова суперпозиція» - сукупність всіх станів, в яких може одночасно перебувати кіт. Але чи можна якось врятувати нещасну тварину? Фізики вважають, що так.

Єдине, що сьогодні вченим точно відомо, це те, що кішки дуже люблять коробки

Кот в коробці

Прийнято вважати, що кіт Шредінгера можеперебувати одночасно в двох станах, але дослідники з Єльського університету вважають, що кіт може бути не тільки мертвим або живим, але що його можна врятувати від загибелі. Вся справа в виявленому попереджуючому знаку для квантових переходів, які колись вважалися миттєвими і непередбачуваними. В результаті, доля кота Шредінгера може бути не тільки передбачена заздалегідь, але навіть звернена назад! Незважаючи на те, що знаменитий кіт Шредінгера - уявний експеримент, в ньому міститься ключова загадка квантової теорії.

Квантова фізика дуже і дуже дивна і якщовам здається, що ви її не розумієте, не турбуйтеся, так відчувають себе навіть фізики. Про те, чому квантова фізика так схожа на магію, читайте в тут.

Основне припущення квантової механікиполягає в тому, що в найдрібніших масштабах властивості атомів квантованими, що означає, що частинки беруть дискретні, а не безперервні стану. Наприклад, електрон може перебувати в низькоенергетичному стані, але якщо додати трохи більше енергії, він не буде повільно переходити в нове високоенергетичне стан. Швидше, в новий стан він перейде непередбачувано. Більш того, якщо не спостерігати за ним, то атом може приймати проміжні стану - він буде перебувати в обох станах одночасно, а потім, як тільки ви його помітите, відразу ж перейде в один стан або в інше.

Однак експеримент, проведений в минулому році,схоже, ускладнює деякі з основних ідей квантової теорії. Згідно з результатами дослідження, опублікованого в журналі Nature, фізикам вдалося передбачити вид атомного поведінки, званий квантовим стрибком, і навіть звернути стрибок назад. Експеримент виявився можливим на штучному атомі в лабораторних умовах.

Поки кіт знаходиться в коробці, він одночасно і живий і мертвий

Необхідно відзначити, що подібні дослідженняпіднімають більш серйозні питання про природу фізики і можуть мати важливі наслідки для вдосконалення квантових комп'ютерів, робота яких покладається на правила квантової механіки. Детальніше про те, що таке квантовий комп'ютер і як він працює, читайте в нашому матеріалі.

Як передбачити квантовий стрибок?

Штучні атоми називають кубитами. Вони застосовуються в якості основних одиницьінформації в квантовому комп'ютері. При кожному вимірі кубіта він виконує квантовий стрибок, але ці скачки непередбачувані, а всі спроби побудувати квантові обчислення вкрай проблематичні. У спробах врятувати кота Шредінгера, команда з Єльського університету розробила експеримент для непрямого спостереження надпровідного кубіта.

Для проведення експерименту вчені підготувалиспеціальну установку, що включає три мікрохвильових генератора для опромінення кубіта, які перебували в герметичному тривимірному корпусі з алюмінію. В ході дослідження фізики використовували два спеціально налаштованих мікрохвильових сигналу. Один промінь мікрохвильового світла давав енергію для квантового стрибка, а інший дозволяв вченим стежити за ситуацією. Виявити квантові стрибки вдалося коли «атом» збуджувався або втрачав енергію. Як пише The Guardian, дослідники вважають, що «квантові стрибки» - це не стільки різкі скачки між енергетичними рівнями атомів, але поступові переходи, більше схожі на ковзання.

Ще більше цікавих статей про нашу дивовижною Всесвіту читайте на нашому каналі в Яндекс.Дзен. Там регулярно виходять статті, яких немає на сайті!

«Квантові скачки атома в деякій мірі аналогічні вивержень вулкана. Вони абсолютно непередбачувані в довгостроковій перспективі, пишуть автори дослідження

Зазначу, що в звичайних атомах «стану»представлені розташуванням електрона навколо ядра атома, але в цьому штучному атомі стан представлено квантування властивістю, значення якого змінюється в міру проходження електронами огорожі короба з алюмінію. Технічно ця квантова система - двохкубітні квантовий комп'ютер, наступний тими ж принципами, що і інші квантові системи, включаючи електрони навколо атомів.

Вам буде цікаво: Квантова фізика пояснить ваші дивні вчинки

Однак, навіть не дивлячись на приголомшливі результати, у дослідників було лише мить до того, як відбувся перехід між станами. Це означає, що вчені не можуть передбачити точний день і час переходу стану атома. Але цей рівень передбачення може бути кориснийдля квантових комп'ютерів. Технологія, заснована на цьому експерименті, може дозволити дослідникам квантових обчислень ідентифікувати помилки прямо в міру їх виникнення.

Важливо розуміти, що попереду ще багато роботи,перш ніж ці дослідження будуть інтегровані в існуючі квантові комп'ютери. Інші експерти в цій галузі вітали дослідження, а професор Влатко Ведран з Оксфордського університету охарактеризував його як «дуже красивий експеримент». А як ви думаєте, чи можна врятувати кота Шредінгера? Відповідь будемо чекати тут!