Знаменитый мысленный эксперимент с котом Шредингера четко описывает сложное квантовое явление, подчеркивая, насколько причудлив этот невидимый мир, выражая его в терминах, которые мы можем визуализировать. Теперь ученые создали самого тяжелого кота Шредингера на сегодняшний день, исследуя границы между квантовой и классической физикой.
Частицы в квантовом масштабе могут вести себя таким образом, который кажется невозможным в соответствии с нашим повседневным опытом. Например, для частиц совершенно нормально существовать одновременно в суперпозиции двух состояний или даже находиться в нескольких местах одновременно, что невозможно здесь, на макроуровне. Но почему мы не можем получить свой пирог и съесть его? Где именно проходит грань, разделяющая области квантовой и классической физики?
Введите кота Шредингера. В теоретическом сценарии кошка запечатана в коробке со счетчиком Гейгера, молотком, колбой с ядом и радиоактивным источником. Если атом в радиоактивном источнике распадается, счетчик Гейгера обнаруживает это и роняет молоток, который разбивает колбу, высвобождает яд и убивает кошку. Однако согласно квантовой физике радиоактивный атом может существовать в суперпозиции двух состояний. Но в более широком смысле эта суперпозиция должна распространяться и на всю систему, так что кошка одновременно и жива, и мертва. Только когда наблюдатель открывает коробку и заглядывает внутрь, суперпозиция схлопывается в одно или другое состояние.
Знаменитый кошачий впервые был придуман в 1935 году физиком-теоретиком Эрвином Шредингером. он видел абсурдность квантовой механики, но который со временем стал краеугольным вопросом: в какой момент квантовая суперпозиция заканчивается и реальность «выбирает» ту или иную возможность?
Чтобы помочь найти ответ, ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха создали самого тяжелого на сегодняшний день «кота Шредингера» — кристалл весом 16 микрограммов, что примерно равно весу мелкой песчинки. Очевидно, что он все еще намного меньше кошки, но в несколько миллиардов раз тяжелее атома или молекулы, которые ранее использовались в подобных экспериментах. Даже тот, который состоял из 2000 атомов, был намного легче.
Конечно, вопрос здесь не в том, жив кристалл или мертв, а в том, колеблется ли он «вверх» или «вниз». Как и у кошки, состояние кристалла связано с квантовым триггером — в данном случае это сверхпроводящая цепь, генерирующая электрическое поле, которое взаимодействует с другим электрическим полем, создаваемым колебаниями кристалла на материале между ними.
Колебания в кристалле (слева и вверху) действуют как тяжелый «кот Шредингера» в новом исследовании, в то время как атом представлен пьезоэлектрическим материалом (внизу), который находится между кристаллом и сверхпроводящей цепью и связывает их через электрические поля. /ETH Zurich
И, конечно же, команда смогла измерить колебания кристалла и обнаружила, что они находятся в суперпозиции обоих состояний. Это приближает область квантовой физики к макромасштабу, чем когда-либо прежде, что может помочь ученым лучше понять, где проходит грань.
«Это интересно, потому что это позволит нам лучше понять причину исчезновение квантовых эффектов в макроскопическом мире настоящих кошек», — сказал Йивэнь Чу, ведущий исследователь исследования.
Это не чисто теоретическое исследование. Команда говорит, что кристаллы могут стать основой для более надежных квантовых компьютеров или потенциально будущих детекторов темной материи и гравитационных волн.
Исследование было опубликовано в журнале Science.
р>
