В 1935 году Эрвин Шрёдингер сформулировал мысленный эксперимент, призванный описать парадоксальную природу квантовой физики. Группа учёных из Института Макса Планка создала его оптическую версию, в которой роль «живого и мёртвого» кота играют импульсы лазера.
Чтобы воспроизвести мысленный эксперимент в лаборатории, физики обратились к разным моделям. Одна из них опирается на идею, предложенную в 2005 году. В ней суперпозиция двух состояний оптического импульса выступает в роли кота. Группа профессора Герхарда Ремпе разрабатывала оборудование, необходимое для проведения такого эксперимента — в частности, оптический резонатор — последние несколько лет.
«Согласно идее Шрёдингера, микроскопические частицы, такие как отдельные атомы, могут существовать в двух различных состояниях одновременно. Это называется суперпозицией. Более того, когда такие частицы взаимодействуют с макроскопическими объектами, они могут стать „спутанными“, и макроскопические объекты могут перейти в состояние суперпозиции», — говорит Ремпе, руководитель исследования.
Для своего умозрительного эксперимента Шрёдингер предлагал представить кота в коробке. Распадающийся радиоактивный атом управлял бы электроцепью, которая убивала бы кота ударом тока. Но в какой момент времени это происходит — снаружи коробки не угадать. Таким образом, пока коробку не открыли, для наблюдателя кот одновременно и жив, и мертв. Хотя, разумеется, такая суперпозиция «противоречит нашему повседневному опыту», указывает Ремпе.
Его команда воспроизвела эксперимент Шредингера на ином техническом уровне. Исследователи оборудовали лабораторию вакуумной камерой и высокоточными лазерами для управления отдельным атомом. Оптический резонатор, состоящий из двух зеркал, находящихся на расстоянии 0,5 мм, улавливал этот атом. Лазерный импульс направлялся в резонатор и отражался, взаимодействуя с атомом.
В итоге между отражённым светом и атомом возникала запутанность. Измеряя атом, оптический импульс может находиться в состоянии суперпозиции, как кот Шредингера.
Одна из особенностей этого эксперимента в том, что спутанные состояния возникают во время каждого испытания, пишет Phys.org.
Участники проекта не были уверены, что им удастся создать и зафиксировать такие запутанные состояния при помощи технологий нынешнего дня. Основная сложность заключается в необходимости минимизировать оптические потери. Как только учёные добились этого, все измерения подтвердили предсказания Шредингера.
Эксперимент позволит физикам исследовать границы применения квантовой механики и разработать новые методы квантовой коммуникации.
«Кот Шредингера в оригинале был заперт в коробке, чтобы избежать воздействия окружающей среды. Наши оптические состояния не заключены в коробку. Они свободно распространяются в пространстве. И всё же они остаются изолированными от среды и сохраняют свои свойства на больших расстояниях. — Подчеркивает Ремпе. — В будущем мы сможем использовать эту технологию для создания квантовых сетей, в которых летающие оптические состояния кота Шрёдингера передают информацию».
В прошлом году специалисты MIT экспериментально подтвердили существование квантовой запутанности, а также того, что информация в квантовом мире передается в тысячи раз быстрее скорости света. Для этого они использовали свет двух квазаров, которые находились на расстоянии примерно 10 млрд световых лет от Земли.
Георгий Голованов
