Учёные из Российского квантового центра реализовали метод создания квантовых состояний суперпозиции с параметрами, которые потенциально могут выходить за пределы микромира, что позволит, в частности, попытаться найти границы между квантовым и классическим миром.
Напомним, что в мысленном эксперименте немецкого физика Эрвина Шрёдингера скрытая от наблюдателя кошка находилась в суперпозиции двух состояний – была одновременно и живой, и мёртвой. Шрёдингер предложил этот эксперимент, чтобы показать, насколько радикально различны макроскопический мир, к которому мы привыкли, и мир микроскопический, управляемый законами квантовой физики, а также насколько парадоксальны результаты попыток применить квантовые концепции к макроскопическим объектам.
Однако развитие квантовых технологий позволяет создавать всё более сложные квантовые состояния, и эксперимент Шрёдингера уже не кажется запредельной фантастикой.
"Одним из фундаментальных вопросов физики является граница между квантовым и классическими мирами. Могут ли квантовые свойства (если обеспечить идеальные условия) наблюдаться у макроскопических предметов? Теория не дает ответа на этот вопрос – может быть, такой границы и нет. Нужен инструмент, который позволит её нащупать", – говорит профессор университета Калгари и глава лаборатории квантовой оптики РКЦ Александр Львовский.
Именно таким инструментом является физический аналог кота Шрёдингера – состояние суперпозиции двух состояний физического объекта с противоположными свойствами. В оптике, к примеру, это суперпозиция двух когерентных световых волн с противоположными амплитудами. До сих пор не удавалось получить такие суперпозиции, в которых каждый из членов содержал в себе больше четырех фотонов. Группа Львовского осуществила процедуру "выращивания" таких состояний, позволяющую получать оптических "кошек" сколь угодно высокой амплитуды.
"Идея эксперимента была предложена в 2003 году группой профессора Тимоти Ральфа из австралийского университета Квинсленда. Суть его состоит в том, чтобы вызвать интерференцию двух "кошек" на светоделительной пластинке. Это приводит к возникновению запутанного состояния в двух выходных каналах светоделителя. В одном из этих каналов ставят специальный детектор. В случае, если этот детектор показывает определенный результат, во втором выходе рождается "кошка" с более чем удвоенной средней энергией", – поясняет соавтор эксперимента Анастасия Пушкина из университета Калгари.
Группа Львовского впервые на практике испробовала этот метод. В эксперименте им удалось нарастить среднее число фотонов с 1,3 до 3,4, получив при этом несколько тысяч "кошек Шредингера".
"Важно, что процедуру можно повторять: новых "кошек" можно, в свою очередь, соединять на светоделителе, получая ещё большую энергию, и так далее. Таким образом, можно шаг за шагом раздвигать границы квантового мира, и в итоге понять, есть ли у него предел", — отмечает первый автор исследования Демид Сычёв.
По его словам, производство таких макроскопических "котов Шредингера" может быть полезно для квантовых технологий связи и для квантовых вычислений.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Photonics.
Ранее, напомним, теоретики объяснили, как гравитация убивает кота Шрёдингера. Впрочем, постепенно на смену этому легендарному мысленному эксперименту приходит новый парадокс: феномен квантовой голубятни.