Кот Шредингера — это воображаемый эксперимент, который позволяет продемонстрировать, как проявляются квантовые эффекты в макровселенной. Недавно ученые установили, что могут существовать очень горячие физические системы, которые имеют именно такие свойства.
Квантовые состояния Шредингера
Квантовые состояния могут быть созданы и наблюдаться только в очень контролируемых условиях. Исследовательской группе из Инсбрука (Австрия) удалось создать так называемые горячие состояния кота Шредингера в сверхпроводящем микроволновом резонаторе. Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показывает, что квантовые явления можно наблюдать и использовать и в менее совершенных, более теплых условиях.
Состояния кота Шредингера — это захватывающее явление в квантовой физике, в котором квантовый объект существует одновременно в двух разных состояниях. В воображаемом эксперименте Эрвина Шредингера это кот, который одновременно жив и мертв.
В реальных экспериментах такая одновременность наблюдается в расположении атомов и молекул, а также в колебаниях электромагнитных резонаторов.
Ранее эти аналоги мысленного эксперимента Шрёдингера создавались путем предварительного охлаждения квантового объекта до его основного состояния — состояния с самой низкой возможной энергией.
«Горячие» квантовые состояния
Теперь исследователи под руководством Герхарда Кирхмайра и Ориоля Ромеро-Исарта впервые продемонстрировали, что действительно можно создавать квантовые суперпозиции из термически возбужденных состояний.
«Шредингер в своем воображаемом эксперименте также использовал живого, то есть «горячего» кота, — рассказывает Кирхмайр с кафедры экспериментальной физики Инсбрукского университета и Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) Австрийской академии наук. — Мы хотели выяснить, можно ли генерировать квантовые эффекты, исходя из «холодного» основного состояния, или нет».
В своем исследовании ученые использовали трансмоновый кубит в микроволновом резонаторе для генерации состояний кота. Им удалось создать квантовые суперпозиции при температуре до 1,8 Кельвина, что в 60 раз превышает температуру окружающей среды в вакууме.
«Наши результаты показывают, что можно генерировать сильно смешанные квантовые состояния с различными квантовыми свойствами», — объясняет Ян Янг, который проводил эксперименты, описанные в исследовании.
Для создания горячих состояний кота Шредингера исследователи использовали два специальных протокола. Эти протоколы ранее использовались для создания состояний кота, начиная с основного состояния системы.
Квантовые эффекты в «горячих» средах
«Многие коллеги были удивлены, когда мы впервые рассказали им о наших результатах, ведь обычно мы думаем о температуре как о чем-то, что разрушает квантовые эффекты, — добавляет Томас Агрениус, который помогал развивать теоретическое понимание эксперимента. — Наши измерения подтверждают, что квантовая интерференция может сохраняться даже при высоких температурах».
Эти результаты исследования могут принести пользу в развитии квантовых технологий. — Наша работа показывает, что можно наблюдать и использовать квантовые явления даже в менее идеальных, более теплых средах, — подчеркивает Кирхмайр. — Если мы можем создать необходимые взаимодействия в системе, температура в конечном итоге не имеет значения».
По материалам phys.org
