Фізики спостерігали «кота Шредінгера» у вигляді суперпозиції коливань всередині кристала вагою 16 мкг. Дослідження опубліковано в журналі Science.
Дослідники зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха виготовили механічний резонатор, в якому всі атоми знаходяться в суперпозиції двох протифазних коливань (стані «кота Шредінгера»). Результати експерименту допоможуть створити більш надійні кубіти і пролити світло на таємницю того, чому квантові суперпозиції не спостерігаються в макроскопічному світі.
Для пояснення квантової механіки австрійський фізик Ервін Шредінгер придумав уявний експеримент. Він помістив кота в замкнений металевий ящик з радіоактивною речовиною, лічильником Гейгера і колбою з синильною кислотою. У певний період часу атом речовини з певною ймовірністю може розпастися. Це активує лічильник Гейгера і запускає механізм, який розбиває колбу з отрутою. В результаті кіт вмирає.
Оскільки сторонній спостерігач не знає, чи розпався атом, він також не знає, живий кіт або мертвий. Згідно з квантовою механікою в цей момент кіт повинен знаходитися в стані суперпозиції: він одночасно і живий, і мертвий. Дотепер вчені імітували цей експеримент на мікрорівні: вони використовували атоми або молекули в станах квантово-механічної суперпозиції.
У своєму дослідженні швейцарські фізики створили систему, в якій в ролі кота виступають коливання в кристалі, а в ролі капсули з отрутою шар надпровідного п’єзоелектричного матеріалу. Він створює електричне поле, коли кристал змінює форму при коливаннях. У такій системі суперпозиція кубіта може бути передана кристалу, в результаті чого в ньому спостерігаються коливання в двох напрямках одночасно.
Схема експерименту: коливання всередині кристала і надпровідна підкладка імітують кота і радіоактивної речовини, пов’язаної капсулою з отрутою, з уявного експерименту Шредінгера. Зображення: Yiwen Chu, ETH Zurich
Щоб коливальні стану відповідали «коту Шредінгера», важливо, щоб вони були макроскопічно помітні, пояснюють вчені. Це означає, що відстань між станами «вгору» і «вниз» має бути більше, ніж будь-які теплові або квантові флуктуації атомів всередині кристала.
Дослідники виміряли просторовий поділ двох станів за допомогою надпровідного кубіту. Воно виявилося досить великим, щоб чітко розрізняти стани.
Дослідники відзначають, що результати експерименту мають не тільки теоретичне, але і практичне значення. Наприклад, квантову інформацію, що зберігається в кубітах, можна зробити більш надійною, якщо використовувати стану «кота Шредінгера», що складаються з величезної кількості атомів в кристалі, а не покладатися на окремі атоми або іони, як це робиться в даний час. Крім того, чутливість масивних об’єктів в станах суперпозиції до зовнішнього шуму можна використовувати для точних вимірювань крихітних збурень — гравітаційних хвиль або частинок темної матерії.