Физики увеличили «кота Шредингера» и проверили законы квантового мира

Физики создали шесть состояний типа «кота Шредингера» и постепенно увеличивали их масштаб. Квантовая когерентность сохранялась даже для самых крупных вариантов, приблизив ученых к поиску границы между квантовым и привычным миром.

В линейно поляризованном свете световая волна ориентирована в определенном направлении

Источник: Wikimedia

Кот Шредингера, знаменитый мысленный эксперимент 1935 года, придуманный Эрвином Шредингером, продолжает расти — по крайней мере, его физические воплощения. Немецкие физики из Института квантовой оптики Общества Макса Планка под руководством Хендрика Хегельса создали рекордную оптическую версию этого парадокса, используя так называемые ридберговские атомы — возбужденные атомы, в которых электрон удален от ядра на экстремально большое расстояние.

Суть проблемы — поиск границы между квантовым и классическим миром. Квантовая механика отлично описывает субатомные частицы, классическая физика — макроскопические объекты. Но где заканчивается одна и начинается другая? Для этого исследователи создают суперпозиции — состояния, в которых объект одновременно находится в двух разных вариантах. Чем сильнее отличаются эти варианты, тем крупнее получается кот Шредингера.

В эксперименте Хегельса облако атомов, способных переходить в ридберговское состояние, поместили между двумя зеркалами, образующими оптический резонатор. Через эту систему пропустили два световых импульса — управляющий и целевой. Управляющий свет находился в суперпозиции двух поляризаций, и одна из его компонент взаимодействовала с атомным облаком, оставляя в нем ридберговское возбуждение. Поскольку само возбуждение находилось в суперпозиции присутствия и отсутствия, целевой свет испытывал оба варианта и в итоге оказывался в суперпозиции двух состояний, различающихся фазой волны.

Ключевое свойство ридберговских атомов — так называемая ридберговская блокада. Если один атом переходит в ридберговское состояние, он блокирует возбуждение соседних атомов. Исследователи использовали этот эффект, чтобы заставить фотоны косвенно влиять друг на друга через атомное облако. Чем дальше друг от друга исследователи могли отодвинуть эти два состояния, сохраняя их квантово-механическую связь, тем больше становился их оптический кот.

Размер получившихся кошачьих состояний составил 2,4 в единицах альфа-квадрат, что почти вдвое превышает предыдущий рекорд в 1,4. Исследователи подтвердили, что квантовая когерентность сохраняется во всех шести созданных состояниях. Это не просто два независимых состояния света, а связанные квантовые состояния — настоящий кот Шредингера.

Большие оптические коты перспективны для хранения и обработки квантовой информации. Авторы работы отмечают, что эксперимент можно улучшить, создавая в будущем еще более крупных котов. Статья, которая пока не прошла рецензирование, доступна на сервере препринтов arXiv.

Ранее Наука Mail рассказывала, что физики сгенерировали новое семейство состояний кота Шредингера