Кот Шредингера «живет» 23 минуты в квантовой суперпозиции в эксперименте, который раздвигает границы парадокса
В квантовой физике установлен новый рекорд, открывший двери к пониманию явлений на атомном уровне. Согласно исследованию, опубликованному на платформе ArXiv, исследователям из Университета науки и технологий Китая удалось удерживать атомы в состоянии квантовой суперпозиции в течение 23 минут. Это осознание раздвигает границы парадокса кота Шредингера, классической иллюстрации концепции суперпозиции.
Что такое оверлей и как оно работает?
Суперпозиция — загадочное состояние в квантовой физике, при котором объект может одновременно существовать в нескольких возможных состояниях. В этом контексте субатомный объект, такой как фотон или электрон, не имеет фиксированного положения или состояния, а скорее занимает ряд возможных положений. Такое волнообразное поведение субатомных объектов позволяет им существовать в своего рода двойственном состоянии — до тех пор, пока их не наблюдают, и в этот момент их состояние «коллапсирует» в единое, окончательное состояние. Этот принцип был проиллюстрирован физиком Эрвином Шрёдингером на примере парадокса кота Шрёдингера: кота в запечатанном ящике, подвергшегося случайному радиоактивному воздействию, можно считать одновременно живым и мёртвым, пока ящик не откроется.
В новом эксперименте китайским ученым удалось удерживать 10 000 атомов иттербия в состоянии суперпозиции в течение 1400 секунд (около 23 минут), что является беспрецедентным достижением в этой области. Эти атомы были охлаждены до нескольких тысячных градуса выше абсолютного нуля и «захвачены» с помощью электромагнитных сил, генерируемых лазерами, для стабилизации состояния суперпозиции и предотвращения быстрого коллапса в синглетное состояние, которое обычно длится всего несколько миллисекунд.
Важность расширения квантовой суперпозиции
Достижение сохранения квантовой суперпозиции в течение такого длительного периода может иметь глубокие последствия для будущего квантовых технологий. Например, это могло бы способствовать разработке высокостабильных квантовых компьютеров, способных хранить информацию гораздо более надежным способом, чем нынешние технологии. Такая техника позволит исследовать тонкие магнитные эффекты или даже экзотические физические явления, еще не изученные.
Чтобы понять этот технический трюк, следует отметить, что поддержание суперпозиции часто осложняется возмущениями окружающей среды, которые приводят к коллапсу состояния за секунды или даже быстрее. Однако команде под руководством физика Чжэн-Тянь Лу удалось точно настроить параметры лазера, чтобы контролировать движение атомов и поддерживать состояние суперпозиции в течение беспрецедентного времени.
Парадокс Шрёдингера: метафора новой реальности?
Парадокс кошки Шрёдингера изначально был предложен для того, чтобы показать абсурдность применения квантовых законов к макроскопическим объектам, таким как кошки. На практике суперпозиция наблюдается только на квантовом уровне, особенно в случае чрезвычайно малых частиц. Однако этот новый эксперимент приближает нас к пониманию суперпозиции на более глубоком уровне и открывает дискуссию о возможности ее распространения на все более крупные объекты.
По мере продолжения исследований и совершенствования технологий стабилизации суперпозиции могут быть обнаружены некоторые совершенно неожиданные и захватывающие эффекты. Однако, хотя китайское исследование чрезвычайно многообещающе, следует подчеркнуть, что оно еще не прошло полную независимую проверку, а это означает, что открытие нуждается в дальнейшей проверке, прежде чем его можно будет принять в качестве нового стандарта в квантовой физике.
Распространение суперпозиции на длительные временные рамки не только приближает нас к целям квантовой технологии, но и заставляет нас пересмотреть наше восприятие реальности и пределы человеческого понимания. Возможно, однажды парадокс Шрёдингера перестанет быть простой метафорой и станет основой для конкретного исследования природы Вселенной.
