Российские ученые научились «откармливать» котов Шредингера

Опубликовано 2017-05-01

«Одним из фундаментальных вопросов физики является граница между квантовым и классическими мирами. Могут ли квантовые свойства, если обеспечить идеальные условия, наблюдаться у макроскопических предметов?», — рассказывает профессор Александр Львовский, глава лаборатории квантовой оптики в РКЦ. Он отметил, что теоретически этот ответ получить нельзя, возможно, что такой границы просто не существует. Поэтому физикам нужен инструмент, чтобы «нащупать» эту границу.

Напомним, Кот Шредингера — это мысленный эксперимент, который предложил австрийским физик-теоретик, один из создателей квантовой механики Эрвин Шредингер. Он хотел показать этим примером неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим. Во время эксперимента в закрытый ящик помещаются кот и механизм, который открывает емкость с ядом при распаде радиоактивного атома (что может случиться или не случиться). Согласно принципам квантовой физики, кот одновременно и живой, и мертвый, и именно отсюда идет термин «квантовая суперпозиция», то есть совокупность всех одновременных состояний кота. Теперь физики пытаются создать такого кота Шредингера, которого можно было бы увидеть невооруженным глазом.

Львовский и его коллеги по РКЦ и университету Калгари решили самым очевидным способом решить эту задачу и «откормить» кота Шредингера, сделав его более заметным. Роль кота в данном случае играют пары «запутанных» частиц света с противоположной фазой, они являются аналогом животного из вышеописанного эксперимента, так как электромагнитные поля таких частиц одновременно «повернуты» в противоположные стороны, то есть, фотоны одновременно и «мертвы», и «живы».

Откормить такого «кота» в физике — это значит увеличить амплитуды колебаний электромагнитного поля у фотонов кота Шредингера, чтобы их можно было отличить от проявлений квантовой неопределенности. Физики решили для этого «склеивать» световых котов Шредингера в единое целое. Причем идея эта была предложена еще в 2003 году.

«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 частиц», — рассказывает Анастасия Пушкина, сотрудник РКЦ и университета Калгари.

Таким образом физики «откормили» несколько тысяч котов Шредингера, удвоив энергию электромагнитных полей этих частиц с помощью простых источников света, которые раньше удавалось получать только на самом мощном и дорогом оборудовании. Эту процедуру, как объяснили физики, можно повторять бесконечно, если есть достаточное количество уже «откормленных» котов для их соединения. Благодаря этому, считают ученые, можно будет достигнуть границы между квантовым и обычным миром или доказать, что ее не существует.

Кроме того, такие коты могут быть использованы для усилителей квантовых сигналов, в качестве одного из компонентов квантовой памяти и для многих других практических целей, говорит Львовский.

Источник https://sdelanounas.ru/blogs/93084/