Горячие состояния кота Шредингера были сгенерированы физиками

Исследовательская группа из Инсбрукского университета и Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) Австрийской академии наук совершила прорыв в области квантовой физики, продемонстрировав возможность создания и наблюдения квантовых суперпозиций — так называемых состояний «кота Шредингера» — в условиях, далеких от идеальных.

Работа, опубликованная в Science Advances, опровергает устоявшееся представление о том, что квантовые эффекты могут проявляться только при сверхнизких температурах, близких к абсолютному нулю.

Суть эксперимента

Традиционно состояния кота Шредингера — квантовые суперпозиции макроскопически различимых состояний — создавались путем охлаждения системы до основного состояния, где тепловые флуктуации минимальны. Однако команда под руководством Герхарда Кирхмайера и Ориоля Ромеро-Изарта показала, что аналогичные квантовые эффекты можно наблюдать и при значительно более высоких температурах. В эксперименте использовался сверхпроводящий кубит, помещенный в микроволновый резонатор, где удалось сгенерировать квантовые суперпозиции при температуре до 1,8 Кельвина — в 60 раз выше стандартных условий для подобных систем.

Ключевые методы и открытия

Ученые адаптировали два протокола, ранее применявшихся для создания «холодных» котов Шредингера, доказав их эффективность и в «горячих» условиях. Это стало возможным благодаря точному контролю взаимодействий между кубитом и резонатором, что позволило сохранить квантовую когерентность даже при наличии тепловых возбуждений. Как отметил Ян Янг, проводивший эксперименты, результаты демонстрируют формирование сильно смешанных квантовых состояний с нетривиальными свойствами.

Теоретическая часть работы, разработанная Томасом Агрениусом, подтвердила, что квантовая интерференция — фундаментальное явление, лежащее в основе суперпозиций — не обязательно разрушается под действием тепла. Это открытие особенно важно для систем, где достижение основного состояния затруднительно, например, в наномеханических осцилляторах.

Значение для квантовых технологий

Исследование бросает вызов традиционным ограничениям квантовой инженерии, предлагая новые пути для реализации квантовых технологий в менее строгих условиях. Как подчеркивает Герхард Кирхмайер, ключевым фактором является не температура сама по себе, а правильная организация взаимодействий в системе. Это может упростить разработку квантовых датчиков, вычислительных устройств и других приложений, где охлаждение до сверхнизких температур остается дорогостоящим и технически сложным процессом.

Финансируемое Австрийским научным фондом (FWF) и ЕС, это исследование открывает новые горизонты для изучения квантовых явлений в «неидеальных» средах, расширяя границы применимости квантовой механики в реальных устройствах.