Кот Шредингера, мысленный эксперимент австрийского физика Эрвина Шредингера, представляет собой парадокс, который применяет понятие суперпозиции в квантовой физике к объектам, встречающимся в повседневной жизни.
Идея состоит в том, что кота помещают в запечатанную коробку с радиоактивным источником и ядом, который сработает, если атом радиоактивного вещества распадется. Квантовая физика предполагает, что кот одновременно жив и мертв до тех пор, пока кто-то не откроет коробку и тем самым не изменит квантовое состояние.
Теперь команда физиков из Йельского университета и Университета Окленда выяснила, как поймать и спасти знаменитого кота Шредингера, предвидя его прыжки и действуя в реальном времени, чтобы спасти его от неминуемой гибели. Это открытие позволяет физикам установить систему раннего предупреждения о неизбежных скачках искусственных атомов, содержащих квантовую информацию.
Для крошечного объекта, такого как электрон, молекула или искусственный атом, содержащий квантовую информацию (кубит), квантовый скачок - это внезапный переход из одного его дискретного энергетического состояния в другое.
При разработке квантовых компьютеров исследователям придется иметь дело со скачками кубитов, которые являются проявлением ошибок в расчетах.
Квантовые скачки были описаны в теории датским физиком Нильсом Бором сто лет назад, но не наблюдались на практике вплоть до 1980-х годов.
Новые эксперименты впервые изучили настоящий механизм квантового скачка.
Результатом стало удивительное открытие, противоречащее точке зрения Бора - скачки не происходят резко или случайно, как считалось ранее.
«Эти скачки происходят каждый раз, когда мы измеряем кубит. Известно, что квантовые скачки непредсказуемы в долгосрочной перспективе», - говорит профессор Мишель Деворет из Йельского университета и Йельского квантового института.
«Несмотря на это, мы хотели узнать, можно ли получить предварительный предупредительный сигнал о будущем скачке», - добавил доктор Йельского университета Златко Минев.
Ученые использовали особый подход для косвенного мониторинга сверхпроводящего искусственного атома, когда три микроволновых генератора излучают атом в трехмерную полость из алюминия.
Метод двойного косвенного мониторинга, разработанный группой для сверхпроводящих цепей, позволяет исследователям наблюдать за атомом с беспрецедентной точностью и результативностью.
Микроволновое излучение вызывает возбуждение искусственного атома, что приводит к квантовым скачкам.
Крошечный квантовый сигнал этих скачков может быть усилен без потерь, тогда его можно отслеживать в режиме реального времени.
Это позволило физикам увидеть внезапное исчезновение детектирующих фотонов (фотонов, испускаемых атомом в состоянии возбуждения); их отсутствие в течение очень короткого времени и является предупреждением о предстоящем квантовом скачке.
«Этот эксперимент показал один прекрасный эффект - увеличение когерентности во время скачка, несмотря на наблюдение за ним», - говорит профессор Деворет.
«Благодаря этому скачок можно не только уловить, но и обратить его вспять», - добавляет доктор Минев.
Это решающий момент. Долгое время квантовые скачки считали хаотичными и случайными, но возможность изменения направления квантового скачка означает, что квантовое состояние развивается не случайным образом. Скачки всегда происходят одинаковым, предсказуемым способом из случайной начальной точки.
«Квантовые скачки атома в каком-то роде похожи на извержение вулкана, - сказал доктор Минев. - Они абсолютно непредсказуемы в долгосрочной перспективе. Тем не менее, при правильном мониторинге мы можем обнаружить заблаговременное предупреждение о надвигающейся катастрофе и принять меры до того, как она произойдет».
Статья команды появится в журнале «Nature».
<< Ставьте палец вверх если понравилась статья. >>>
<<< Подписывайтесь на наш канал. >>>
< --- Спасибо, что читаете нас. --->