Прорыв в квантовой физике: кот Шредингера выжил при высокой температуре, считалось это невозможно

Исследование опубликовано в журнале Science Advances, пишет Interesting Engineering.

Физики создали и измерили горячее состояние кота Шредингера при температуре 1,8 Кельвина (минус 271,3 градуса Цельсия), что очень близко к абсолютному нулю (минус 273,15 градусов Цельсия). Это может показаться очень низкой температурой, но ученые говорят, что это намного выше, чем температуры в милликельвинах, при которых обычно наблюдается квантовая суперпозиция. В то же время считается, что высокая температура разрушает квантовые эффекты, но оказывается, что это не так.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Кот Шредингера — это мысленный эксперимент в квантовой физике, предложенный Эрвином Шредингером в 1935 году. Он описывает кота, которого поместили в герметичную коробку с устройством, которое может этого кота убить.

Шредингер предположил, что до тех пор, пока коробка остается закрытой и никто не провел наблюдение за состоянием кота внутри, то он считается одновременно и живым, и мертвым. Этот мысленный эксперимент является иллюстрацией квантового состояния, в котором частицы могут существовать в нескольких состояниях одновременно до тех пор, пока не проведены наблюдения за ними. Это состояние называется квантовая суперпозиция.

До сих пор физики считали, что кота Шредингера можно создать, только сначала понизив энергию объекта до ее самого низкого уровня, то есть основного состояния, с помощью снижения температуры. Для этого нужны очень низкие температуры на уровне милликельвина для минимизации влияния теплового шума. Из-за этого многие квантовые технологии нельзя использовать за пределами лабораторий. Но теперь физики нашли способ решить эту проблему.

Ученые использовали два специальных протокола для получения горячего кота Шредингера. Физики поместили трансмоновый кубит в сверхпроводящий микроволновый резонатор, специальный контейнер из сверхпроводящего материала, предназначенный для улавливания и хранения микроволновой энергии с минимальными потерями.

Ученые использовали модифицированные версии двух протоколов. Один включает смещение квантового состояния в одном направлении, а затем применение квантового эха для уточнения смещения, что помогает создать желаемое квантовое состояние. Другой протокол включает непрерывное взаимодействие, которое помещает объекты в квантовую запутанность, что позволяет контролируемым образом управлять квантовыми состояниями.

Эксперимент позволил физикам создать и измерить кота Шредингера при температуре 1,8 Кельвина, в то время как температура окружающей среды микроволнового резонатора оставалась на уровне 0,03 Кельвина.

По словам физиков, эксперимент показал, что можно наблюдать и использовать квантовые эффекты даже в менее идеальных, более теплых условиях. Если можно создать необходимые взаимодействия в системе, то температура в конечном итоге не имеет значения.

Как уже писал Фокус, ученые улучшили понимание свойств редкоземельного элемента, который почти не встречается в природе и называется прометий. Новое достижение ученых поможет значительно улучшить производство этого металла, а также поможет изменить наши технологии.

Также Фокус писал о том, что астрономы нашли черную дыру, которая поглощает не только материю, но и кое-что еще. Ученые изучили черную дыру, которая поглощает свою собственную историю, как бы это странно ни звучало. Исследование помогло астрономам восстановить историю двойной системы, в которой находится черная дыра.