Физики впервые создали горячее состояние кота Шредингера
Теперь квантовые явления можно изучать и использовать без сложного оборудования.
Midjourney
Ученые под руководством Герхарда Кирхмайера и Ориоля Ромеро-Исарта из Университета Инсбрука (Австрия) совершили прорыв в квантовой физике: они создали «горячие состояния кота Шредингера» — квантовые суперпозиции, которые работают при температурах выше привычных сверхнизких условий. Это открытие меняет представление о том, как можно использовать квантовые эффекты, и открывает двери для новых технологий.
Кот Шредингера — это знаменитый мысленный эксперимент: кот в коробке может быть одновременно живым и мертвым, пока мы не посмотрим. В квантовой физике это называется суперпозицией — объект существует в двух состояниях сразу. Раньше такие состояния создавали, охлаждая системы до «основного состояния» — минимального уровня энергии, близкого к абсолютному нулю (-273°C). Например, это делали с атомами или электромагнитными резонаторами.
Как это сделали
Команда использовала сверхпроводящий микроволновой резонатор и трансмоновый кубит — квантовый аналог бита в компьютере. Они смогли создать суперпозиции при температуре -271°C. Это в 60 раз теплее, чем обычно нужно для таких экспериментов. Ученые адаптировали два протокола, ранее работавшие только с «холодными» системами, и получили устойчивые квантовые состояния даже в «жарких» условиях.
Оказалось, что тепло не всегда убивает квантовые эффекты. Исследователи создали «сильно смешанные» состояния с разными свойствами — это как если бы кот был не просто живым или мертвым, а еще и мурлыкал в двух тонах сразу. Квантовая интерференция — основа суперпозиции — сохранялась, несмотря на температуру (когда состояния «накладываются», создавая новые эффекты, как волны на воде, усиливающие друг друга).
Фото: University of Innsbruck
Исследователи создали сильно смешанные квантовые состояния с различными квантовыми свойствами
Ученые отмечают, что в этот раз квантовая физика вышла за рамки ледяных условий, необходимых для таких экспериментов. Обычно считается, что тепло разрушает тонкие квантовые эффекты, но тут они сохранились. Это как найти лед в горячей духовке. Такие результаты крайне важны для технологий, потому что не все системы легко охладить до нуля, например, наномеханические осцилляторы — крошечные «качели» для квантовых экспериментов. Теперь квантовые явления можно изучать и использовать без сложного оборудования.
«Наше открытие — шаг к квантовым технологиям в реальном мире, больше не нужно замораживать системы до предела: суперпозиции возможны и в "теплых" условиях, от наноустройств до квантовых компьютеров», — заключили авторы исследования
