В 1935 году Эрвин Шрёдингер придумал кота, которого якобы запирают в ящике с механизмом случайного распада: пока крышку не открыли, кот одновременно жив и мёртв — абсурдный, по замыслу автора, вывод из квантовой механики, доведённой до масштаба привычных предметов.
Реальных котов в ящики с ядом физики, конечно, не сажают, но десятилетиями строят лабораторные версии той же идеи, помещая атомы, свет или движение захваченных частиц сразу в два различимых квантовых состояния.
В начале июня команда из Оксфорда показала, что у этой старой идеи остаётся неожиданно много пространства для маневра, если поменять не цель, а строительный материал.
Привычный пример квантовой суперпозиции — кубит, одновременно равный и нулю, и единице: всего два исхода, самый скромный вариант "кота". Но если вместо двухуровневой системы взять квантовый гармонический осциллятор — объект, способный занимать множество энергетических уровней, будь то колебания света или движение атома в ловушке, — набор возможных состояний резко расширяется.
Именно такую более богатую площадку оксфордская группа использовала на одном захваченном ионе стронция-88, удерживаемом в ионной ловушке, где внутреннее электронное состояние иона работает как обычный кубит, а его физическое колебание в ловушке ведёт себя как раз как квантовый гармонический осциллятор.
Деталями для нового кота стали не обычные волновые пакеты, а так называемые сжатые, трисжатые и квадросжатые состояния движения иона — формы, которые та же группа синтезировала и проверяла на этой установке и раньше.
Новизна именно этой работы в том, что изначально нелинейные, далёкие от классики состояния впервые объединили в одну когерентную суперпозицию с управляемым размером, ориентацией и расстоянием между частями.
Чтобы убедиться, что получившийся объект — действительно суперпозиция, а не банальная статистическая смесь, исследователи восстановили его функцию Вигнера, математический "портрет" квантового состояния, и нашли в нём области с отрицательными значениями — для классической физики такая отрицательность попросту невозможна и считается надёжным признаком подлинно неклассической интерференции.
Руководитель работы признаётся, что реакция коллег, увидевших результат, скорее удивила и подбодрила саму команду — по его словам, они лишь начинают понимать, что можно делать с такими состояниями, причём это касается и практических применений, и более фундаментального вопроса о природе квантовости как таковой. Фраза звучит как обычная вежливость из пресс-релиза, но в контексте истории квантовой механики в ней есть конкретный смысл: даже авторы метода не знают предела его применимости, а значит, следующая статья этой же группы вполне может удивить сильнее текущей.
Практический интерес тут не в философии, а в инженерии.
Обычный кубит хранит только два значения, и вся архитектура квантовых компьютеров на кубитах вынуждена бороться с тем, что любая помеха мгновенно переводит систему из одного состояния в другое целиком. Осциллятор с богатым набором уровней — потенциально более живучая ячейка памяти: небольшую ошибку, сдвигающую состояние чуть в сторону, можно скорректировать, не разрушая закодированную информацию целиком, а такие "кошачьи" суперпозиции уже рассматриваются как основа кодов коррекции ошибок, прецизионных часов и вычислений, не завязанных только на двоичную логику.
Получается забавный парадокс: чтобы сделать квантовый компьютер надёжнее, физики не упрощают конструкцию, а собирают её из деталей, которые пугающе сложны уже на старте — и именно в этой сложности находят дополнительный запас прочности.
Свежие новости физики с авторской оценкой и моими комментариями регулярно на этом канале.
⚠️ Поставьте лайк и подпишитесь, чтобы не пропускать обновления! Это поможет каналу развиваться, а вам видеть больше интересного из мира физики в ленте!