Физики сгенерировали новое семейство состояний кота Шредингера

Ученые успешно продемонстрировали способ формирования неклассических квантовых суперпозиций, расширяя классическое понимание состояний «кота Шредингера». Используя захваченные ионы, исследователям удалось создать сложные интерференционные паттерны, открывающие пути к разработке более защищенных от ошибок архитектур для квантовых вычислений.

В лаборатории удалось реализовать новый тип квантовых суперпозиций, создав состояния, в которых неопределенность распределяется нестандартным образом

Источник: Unsplash

В лаборатории удалось реализовать новый тип квантовых суперпозиций, создав состояния, в которых неопределенность распределяется нестандартным образом. Эта разработка не только расширяет фундаментальные представления о границе между квантовым и классическим миром, но и закладывает основу для более надежных и защищенных от сбоев технологий. Статья об открытии опубликована в журнале Physical Review X.

Эволюция «кота Шредингера»

Квантовая механика позволяет объектам находиться в нескольких состояниях одновременно. Простейший пример — кубит, существующий в состояниях 0 и 1. Однако системы не ограничиваются лишь двумя позициями. Квантовый гармонический осциллятор может занимать множество различных энергетических уровней, что описывает поведение света, вибраций и движения запертых частиц. Классическим примером здесь выступает состояние «кота Шредингера», при котором осциллятор помещается в суперпозицию двух волновых пакетов, смещенных в противоположных направлениях.

Теперь вместо того, чтобы строить такие состояния из стандартных волновых пакетов, исследователи разработали метод создания суперпозиций из широкого спектра неклассических компонентов. В таких системах квантовая неопределенность специфическим образом перераспределяется в каждой части состояния, создавая принципиально новые формы.

Вместо того, чтобы строить такие состояния из стандартных волновых пакетов, исследователи разработали метод создания суперпозиций из широкого спектра неклассических компонентов

Источник: Department of Physics, University of Oxford

Программируемая квантовая материя

В ходе эксперимента использовалось движение одиночного захваченного иона. Внутреннее состояние частицы выступало в роли кубита, а ее движение — в роли квантового гармонического осциллятора. Сначала внутреннее состояние иона запутали с различными возможными вариантами движения, а затем спроецировали движение иона в выбранную суперпозицию неклассических компонентов.

Этот метод предоставил ученым полный программируемый контроль над генерируемыми состояниями. Меняя экспериментальные настройки, можно было настраивать относительный размер, вращение и разделение компонентов. Реконструкция полученных состояний показала сложные схемы интерференции, подтвердив истинно неклассическую природу явления. В будущем подобные квантовые осцилляторы смогут сделать вычислительные системы более устойчивыми к ошибкам благодаря внедрению простых протоколов их коррекции.

Ранее Наука Mail рассказывала, что физики теоретически показали: если «отрезать» часть волны фотона сверхбыстрым затвором, из квантовых флуктуаций вакуума родится не два, а бесконечное множество новых фотонов.