Кіт Шредінгера — це уявний експеримент, який дозволяє продемонструвати, як проявляються квантові ефекти у макровсесвіті. Нещодавно вчені встановили, що можуть існувати дуже гарячі фізичні системи, які мають саме такі властивості.
Квантові стани Шредінгера
Квантові стани можуть бути створені й спостерігатися лише в дуже контрольованих умовах. Дослідницькій групі з Інсбрука (Австрія) вдалося створити так звані гарячі стани кота Шредінгера в надпровідному мікрохвильовому резонаторі. Дослідження, опубліковане в журналі Science Advances, показує, що квантові явища можна спостерігати й використовувати і в менш досконалих, більш теплих умовах.
Стани кота Шредінгера — це захопливе явище у квантовій фізиці, в якому квантовий об’єкт існує одночасно у двох різних станах. В уявному експерименті Ервіна Шредінгера — це кіт, який одночасно живий і мертвий.
У реальних експериментах така одночасність спостерігається в розташуванні атомів і молекул, а також у коливаннях електромагнітних резонаторів.
Раніше ці аналоги уявного експерименту Шредінгера створювалися шляхом попереднього охолодження квантового об’єкта до його основного стану — стану з найнижчою можливою енергією.
«Гарячі» квантові стани
Тепер дослідники під керівництвом Герхарда Кірхмайра та Оріоля Ромеро-Ісарта вперше продемонстрували, що справді можна створювати квантові суперпозиції з термічно збуджених станів.
«Шредінгер у своєму уявному експерименті також використовував живого, тобто «гарячого» кота», — розповідає Кірхмайр з кафедри експериментальної фізики Інсбрукського університету та Інституту квантової оптики та квантової інформації (IQOQI) Австрійської академії наук. — Ми хотіли з’ясувати, чи можна генерувати квантові ефекти, виходячи з «холодного» основного стану, чи ні».
У своєму дослідженні вчені використовували трансмоновий кубіт у мікрохвильовому резонаторі для генерації станів кота. Їм вдалося створити квантові суперпозиції при температурі до 1,8 Кельвіна, що в 60 разів перевищує температуру навколишнього середовища у вакуумі.
«Наші результати показують, що можна генерувати сильно змішані квантові стани з різними квантовими властивостями», — пояснює Ян Янг, який проводив експерименти, описані в дослідженні.
Для створення гарячих станів кота Шредінгера дослідники використовували два спеціальні протоколи. Ці протоколи раніше використовувалися для створення станів кота, починаючи з основного стану системи.
Квантові ефекти в «гарячих» середовищах
«Багато колег були здивовані, коли ми вперше розповіли їм про наші результати, адже зазвичай ми думаємо про температуру як про щось, що руйнує квантові ефекти, — додає Томас Аґреніус, який допомагав розвивати теоретичне розуміння експерименту. — Наші вимірювання підтверджують, що квантова інтерференція може зберігатися навіть за високих температур».
Ці результати дослідження можуть принести користь у розвитку квантових технологій. «Наша робота показує, що можна спостерігати й використовувати квантові явища навіть у менш ідеальних, більш теплих середовищах, — підкреслює Кірхмайр. — Якщо ми можемо створити необхідні взаємодії в системі, температура врешті не має значення».
За матеріалами phys.org
