Кошка Шредингера - это мысленный эксперимент, который
демонстрирует парадокс состояния квантовой суперпозиции на примере понятных нам
объектов, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни. Идея этого
эксперимента заключается в том, что живую кошку заключают в коробку, внутри
которой находится устройство, содержащее радиоактивный элемент и яд. Если атом
радиоактивного элемента спонтанно распадется, это приведет к тому, что в
коробку будет выпущен яд и кошка погибнет. С точки зрения квантовой физики кошка
в коробке одновременно и жива и мертва, и такое состояние будет сохраняться до
тех пор, пока кто-нибудь не откроет коробку и не заглянет внутрь, полностью
разрушив тем самым хрупкое состояние квантовой суперпозиции.
Аналоги этого гипотетического эксперимента,
предложенного в 1935 году австрийским физиком-теоретиком Эрвином Шредингером,
одним из отцов-основателей квантовой механики, в последние годы широко
используются в исследованиях, связанных с квантовой физикой. Ученым уже не раз
удавалось поместить в состояние квантовой суперпозиции атомы вещества,
отдельные фотоны и пакеты света, состоящие из сотен фотонов.
Однако группа ученых-физиков из Йельского университета
пошла еще дальше. Они расширили эксперимент Шредингера, введя в него еще одну
"коробку" таким образом, что кошка живет или умирает сразу в двух
коробках. Данный эксперимент является симбиозом идеи кошки Шредингера и другого
основополагающего понятия квантовой физики - явления квантовой запутанности.
Это явление, которое Эйнштейн назвал "призрачным действием на
расстоянии", заключается в том, что если изменить квантовое состояние
одного из запутанных объектов, то состояние второго объекта моментально
измениться соответствующим образом, невзирая на разделяющее эти объекты
расстояние. А в данном случае явление квантовой запутанности позволяет
разделить квантовое состояние кошки Шредингера на две различные точки
пространства.
С практической точки зрения реализация столь необычной
идеи заключалась в создании двух микроволновых резонансных впадин и одного
"порта" для контроля квантового состояния. Все это было связано со
своего рода искусственным сверхпроводящим атомом, а роль кошки Шредингера
выполняли фотоны микроволнового излучения, заключенные в резонансных впадинах.
"Такая кошка Шредингера является "большой и
умной", она не может оставаться только в одной коробке, ведь ее квантовое
состояние распределяется по двум резонансным впадинам и не может существовать
по отдельности" - рассказывает Чен Вон (Chen Wang), ведущий исследователь,
- "На все это можно взглянуть и с другой точки зрения, как на двух
маленьких кошек Шредингера, находящихся в разных коробках и запутанных друг с
другом на квантовом уровне так, что они не могут существовать дуг без
друга".
Результаты исследований, полученный йельскими учеными в
ходе их экспериментов, можно будет использовать в области квантовых вычислений.
Квантовые компьютеры, способные использовать в своих целях одновременно
состояние квантовой суперпозиции и явление квантовой запутанности, смогут
решать задачи определенного рода гораздо быстрее даже самых мощных
суперкомпьютеров. Но для создания надежно работающих квантовых компьютеров
ученым еще предстоит решить ряд проблем, в том числе детектирование и
неразрушающую коррекцию ошибок, возникающих в результате воздействия квантовой
декогеренции.
Кроме достаточно нового "взгляда" на проблему
кошки Шредингера, йельские ученые создали несколько вещей, которые найдут
практическое применение в квантовой технике. К этому относятся цилиндрические
резонансные впадины, которые обеспечивают рекордно долгое время хранения
квантовой информации, которое составляет более 1 миллисекунды. Кроме этого,
ученые разработали сверхпроводящую систему измерения, которая позволяет с
высокой точностью измерять квантовое состояние объекта неразрушающим информацию
способом.
