Физики нашли способ «поймать и спасти» кота Шредингера

Новые эксперименты впервые изучают фактическую работу квантового скачка

0 1 636

Кот Шредингера, мысленный эксперимент, который австрийский физик Эрвин Шредингер представил в 1935 году, представляет собой парадокс, который применяет концепцию суперпозиции в квантовой физике к объектам, встречающимся в повседневной жизни.

Идея состоит в том, что кот помещается в запечатанную коробку с радиоактивным источником и ядом, который сработает, если атом радиоактивного вещества распадется. Квантовая физика предполагает, что кот и жив и мертв до тех пор, пока кто-то не откроет коробку и при этом не изменит квантовое состояние.

Теперь команда физиков из Йельского университета и Университета Окленда выяснила, как поймать и спасти знаменитого кота Шредингера, предвидя его прыжки и действуя в режиме реального времени, чтобы спасти его от пресловутой гибели. Это открытие позволяет физикам установить систему раннего предупреждения о неизбежных скачках искусственных атомов, содержащих квантовую информацию.

Для крошечного объекта, такого как электрон или искусственный атом, содержащий квантовую информацию (кубит), квантовый скачок — это внезапный переход из одного его дискретного энергетического состояния в другое.

При разработке квантовых компьютеров исследователи должны иметь дело с скачками кубитов, которые являются проявлением ошибок в расчетах. Квантовые скачки были теоретизированы датским физиком Нильсом Бором сто лет назад, но не наблюдались вплоть до 1980-х годов.

Новые эксперименты впервые изучают фактическую работу квантового скачка. Результаты показывают удивительное открытие, которое противоречит установленной точке зрения Бора — скачки не являются ни резкими, ни случайными, как считалось ранее.

Смотрите также  Физики достигли квантового состояния для объекта обычного масштаба

«Эти скачки происходят каждый раз, когда мы измеряем кубит. Известно, что квантовые скачки непредсказуемы в долгосрочной перспективе», — говорят исследователи. «Несмотря на это, мы хотели узнать, можно ли получить предварительный предупредительный сигнал о скором скачке».

Ученые использовали особый подход для косвенного мониторинга сверхпроводящего искусственного атома, когда три микроволновых генератора излучают атом, заключенный в трехмерную полость из алюминия. Метод двойного косвенного мониторинга, разработанный для сверхпроводящих цепей, позволяет исследователям наблюдать атом с беспрецедентной эффективностью.

Микроволновое излучение вызывает возбуждение искусственного атома, что приводит к квантовым скачкам. Крошечный квантовый сигнал этих скачков может быть усилен без потерь до комнатной температуры. Здесь их сигнал можно отслеживать в режиме реального времени.

Это позволило физикам увидеть внезапное отсутствие детектирующих фотонов (фотонов, испускаемых вспомогательным состоянием атома, возбуждаемого микроволнами); это крошечное отсутствие является предварительным предупреждением о квантовом скачке.

«Прекрасный эффект, демонстрируемый этим экспериментом, заключается в увеличении когерентности во прыжка, несмотря на его наблюдения», — говорят ученые. «Вы можете использовать это, чтобы не только поймать прыжок, но и обратить его вспять».

Это важный момент. В то как квантовые скачки кажутся дискретными и случайными в долгосрочной перспективе, изменение квантового скачка означает, что квантового состояния имеет, отчасти, детерминистский, а не случайный характер; прыжок всегда происходит таким же, предсказуемым образом из его случайной начальной точки.

Смотрите также  В каждом атоме Вселенной скрыта тайна

«Квантовые скачки атома в некоторой степени аналогичны извержению вулкана. 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 Nature.

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x