Прорив у квантовій фізиці: кіт Шредінгера вижив за високої температури, вважалося це неможливо

Дослідження опубліковано в журналі Science Advances, пише Interesting Engineering.

Фізики створили і виміряли гарячий стан кота Шредінгера за температури 1,8 Кельвіна (мінус 271,3 градуса Цельсія), що дуже близько до абсолютного нуля (мінус 273,15 градусів Цельсія). Це може здатися дуже низькою температурою, але вчені кажуть, що це набагато вище, ніж температури в мілікельвінах, за яких зазвичай спостерігається квантова суперпозиція. Водночас вважається, що висока температура руйнує квантові ефекти, але виявляється, що це не так.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Кіт Шредінгера — це уявний експеримент у квантовій фізиці, запропонований Ервіном Шредінгером у 1935 році. Він описує кота, якого помістили в герметичну коробку з пристроєм, який може цього кота вбити.

Шредінгер припустив, що доти, доки коробка залишається зачиненою і ніхто не провів спостереження за станом кота всередині, то він вважається одночасно і живим, і мертвим. Цей уявний експеримент є ілюстрацією квантового стану, в якому частинки можуть існувати в декількох станах одночасно доти, доки не проведено спостереження за ними. Цей стан називається квантова суперпозиція.

Досі фізики вважали, що кота Шредінгера можна створити, тільки спершу знизивши енергію об'єкта до її найнижчого рівня, тобто основного стану, за допомогою зниження температури. Для цього потрібні дуже низькі температури на рівні мілікельвіна для мінімізації впливу теплового шуму. Через це багато квантових технологій не можна використовувати за межами лабораторій. Але тепер фізики знайшли спосіб вирішити цю проблему.

Вчені використовували два спеціальні протоколи для отримання гарячого кота Шредінгера. Фізики помістили трансмоновий кубіт у надпровідний мікрохвильовий резонатор, спеціальний контейнер із надпровідного матеріалу, призначений для вловлювання і зберігання мікрохвильової енергії з мінімальними втратами.

Вчені використовували модифіковані версії двох протоколів. Один передбачає зміщення квантового стану в одному напрямку, а потім застосування квантової луни для уточнення зміщення, що допомагає створити бажаний квантовий стан. Інший протокол передбачає безперервну взаємодію, яка поміщає об'єкти в квантову заплутаність, що дає змогу контрольованим чином керувати квантовими станами.

Експеримент дав змогу фізикам створити і виміряти кота Шредінгера за температури 1,8 Кельвіна, тоді як температура навколишнього середовища мікрохвильового резонатора залишалася на рівні 0,03 Кельвіна.

За словами фізиків, експеримент показав, що можна спостерігати і використовувати квантові ефекти навіть у менш ідеальних, тепліших умовах. Якщо можна створити необхідні взаємодії в системі, то температура в кінцевому підсумку не має значення.

Як уже писав Фокус, вчені поліпшили розуміння властивостей рідкоземельного елемента, який майже не зустрічається в природі і називається прометій. Нове досягнення вчених допоможе значно поліпшити виробництво цього металу, а також допоможе змінити наші технології.

Також Фокус писав про те, що астрономи знайшли чорну діру, яка поглинає не тільки матерію, а й дещо ще. Вчені вивчили чорну діру, яка поглинає свою власну історію, як би це дивно не звучало. Дослідження допомогло астрономам відновити історію подвійної системи, в якій знаходиться чорна діра.