Квантовый «кот Шредингера» просуществовал рекордные 23 минуты

Состояния в квантовой суперпозиции, как известно, хрупки, но исследователи в Китае сообщили о создании такого состояния, которое длилось целых 23 минуты и 20 секунд. Этот рекордный результат сам по себе захватывающий, но команда ученых считает, что он может открыть новые пути для высокоточных измерений и обработки информации для квантовых компьютеров — и возможно, даже позволяя ученым исследовать пределы физических теорий.

Исследование, которое еще предстоит рецензировать, проведенное учеными из Китайского университета науки и технологий, показало, что 10 000 атомов иттербия были охлаждены до нескольких тысячных градуса выше абсолютного нуля и захвачены с помощью лазера.

Каждый атом можно было контролировать с большой точностью, и он был помещен в суперпозицию двух совершенно разных спиновых состояний. Это состояние известно как состояние «квантового кота».

В знаменитом мысленном эксперименте с котом Шредингера мы видим кота, закрытого в коробке с радиоактивным веществом (или ядом), активированным случайным квантовым процессом. Не открывая коробку, мы не можем определить состояние кота, поэтому он одновременно и жив и мертв — два противоречивых состояния в неквантовой реальности, в которой мы живем.

В квантовом мире состояния кота являются суперпозициями, где квантовое состояние может существовать несколькими способами одновременно, хотя невозможно сказать, каким именно оно является на самом деле.

В новом эксперименте именно длительность этого квантового состояния поражает воображение. В природе суперпозиция коллапсирует в одно или другое состояние за долю секунды, но здесь она сохранялась 1400 секунд. Ученые считают, что с лучшей вакуумной системой его можно заставить длиться еще дольше.

Исследование показывает, что существует множество различных элементов, которые можно использовать для устройств, подобных тому, что было задействовано в эксперименте. И это не обязательно должен быть иттербий. Однако ученые показали, что данная конкретная установка с атомами иттербия чрезвычайно чувствительна к измерению магнитных полей и имеет интересные приложения в физике.

Это не единственное недавнее рекордное событие в области экспериментов с квантовыми суперпозициями. В прошлом году исследователи успешно поместили самый тяжелый макроскопический объект в суперпозицию. Это был кристалл весом всего 16 микрограммов, но он максимально приближает область квантовой физики к макромасштабу, что может помочь ученым лучше понять, где проходит грань.

Препринт, описывающий эксперимент и его результаты, доступен на ArXiv.