Китайские исследователи разработали подход, позволяющий использовать атомы иттербия для создания квантового аналога кота Шредингера из знаменитого мысленного эксперимента с рекордно долгим временем жизни, порядка 23 минут.
Его можно использовать для поисков "новой физики" и создания сверхчувствительных атомных магнетометров, пишут ученые в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.
"Разработанный нами подход можно применить для создания атомных магнетометров, которые будут проводить замеры с максимально возможной точностью, допустимой с точки зрения законов квантовой механики. При этом данных "котов Шредингера" также можно использовать для создания новых типов ячеек квантовой памяти, многоуровневых кубитов и систем коррекции ошибок в квантовых компьютерах", — пишут исследователи.
Открытие было совершено группой китайских физиков под руководством профессора Научно-технологического университета Китая Лу Чжэнтяня при разработке новых подходов, позволяющих достичь и обойти так называемый стандартный предел точности (SQL), накладываемый принципом неопределенности Гейзенберга. Его существование мешает ученым максимально точно замерять положение микроскопических объектов или сверхмалые колебания различных полей, что физики пытаются обойти при помощи разных проявлений квантового мира.
В частности, ученые возлагают большие надежды на использование квантово-запутанных частиц, которые находятся в состоянии, аналогичном коту Шредингера. Оно проявляется в том, что при проведении замеров все запутанные частицы будут приобретать одно из двух возможных квантовых состояний, которые являются аналогами "живого" и "мертвого" кота из мысленного эксперимента 1935 года. Наличие подобного свойства у частиц позволяет максимально точно измерять их положение и таким образом достигать SQL или даже превосходить этот предел.
Как отмечают ученые, для проведения подобных замеров требуется, чтобы частицы находились в запутанном состоянии очень долго, на протяжении несколько секунд или минут. Этого достичь очень сложно, так как квантовый "кот Шредингера" обычно не живет долгое время из-за случайных взаимодействий с другими частицами и объектами. Китайским физикам удалось решить эту проблему благодаря тому, что им удалось подобрать такой режим "запутывания" атомов иттербия-173, при котором они защищены от большинства помех.
Для этого нужно поймать эти атомы в оптические ловушки, охладить их до температуры, близкой к абсолютному нулю, и облучить их при помощи набора из лазерных импульсов, которые особым образом меняют направление вращения ядер двух атомов иттербия-173 и "запутывают" их друг с другом. В таком состоянии иттербиевый кот Шрендингера живет около 23 минут, что ученым позволяет замерять магнитные поля с точностью, превышающей SQL в 3,2 раза. Это открывает дорогу для создания рекордно чувствительных магнетометров и разных компонентов квантовых вычислительных устройств, подытожили ученые.
О коте Шредингера
Кот Шредингера представляет собой "участника" мысленного эксперимента, который был сформулирован в 1935 году Эрвином Шредингером. Для демонстрации абсурдности квантовой механики он предложил поместить в закрытый ящик кота и механизм, открывающий емкость с ядом в случае распада нестабильного атома.
Это событие может произойти в любой произвольный отрезок времени, после чего животное погибнет, однако ученые не могут предугадать этого или узнать, что кот умер, не открыв ящик. По этой причине, до открытия ящика кот будет одновременно и живым, и мертвым, если рассматривать данную ситуацию в соответствии с принципами квантовой физики. Корректность этого предположения была тысячи раз доказана физиками для большого числа разных квантовых объектов.
