«Кот Шрёдингера» нового типа: физики научились «сшивать» реальность, создавая гигантские состояния суперпозиции

Международная команда физиков под руководством Бина Яна совершила прорыв, создав необычайно массивные квантовые состояния, известные как «состояния кота Шрёдингера». В отличие от предыдущих попыток, основанных на прочном связывании частиц, ученые использовали принципиально новый подход. Они сформировали кластеры из ультрахолодных атомов, удерживаемых слабыми связями, которые значительно уступают по силе энергетическому барьеру. Эта стратегия позволила избежать коллапса волновой функции и сохранить хрупкое квантовое состояние при увеличении числа частиц.

«Кот Шрёдингера» нового типа: физики научились «сшивать» реальность, создавая гигантские состояния суперпозиции

Квантовая механика – это физическая концепция, описывающая поведение материи и энергии в чрезвычайно малых масштабах, а именно в масштабе атомов и субатомных частиц. Одним из эффектов, предсказываемых законами квантовой механики, является суперпозиция, которая подразумевает, что частицы могут существовать одновременно в нескольких состояниях или положениях, которые остаются неопределенными до тех пор, пока не будут измерены.

Известным примером квантового состояния, в котором система ведет себя так, как если бы она находилась одновременно в двух противоположных состояниях, является так называемое состояние кота Шрёдингера. Это состояние основано на парадоксе, введенном физиком Эрвином Шрёдингером, который предположил, что если кота поместить в герметичный ящик с устройством, которое имеет 50% вероятность его убийства, то кот одновременно жив и мертв, пока кто-нибудь не откроет ящик и не заглянет внутрь.

Ключевым элементом успеха команды ученых стало использование многочастичных туннельных процессов высокого порядка (вплоть до седьмого). Настроив эти взаимодействия, исследователи добились того, что туннельная сила кластера из множества атомов стала сопоставима с силой туннелирования одиночного атома. Это обеспечило беспрецедентную масштабируемость метода и позволило с высокой точностью контролировать материю.

Эксперимент опроверг стандартное теоретическое представление о том, что вероятность туннелирования экспоненциально падает с ростом массы. В созданной системе это подавление было значительно смягчено, что позволило эффективно управлять крупными квантовыми объектами.

Последствия открытия огромны. С практической точки зрения, это прокладывает путь к созданию прецизионных квантовых датчиков и инструментов метрологии. Обычные атомные интерферометры ограничены «стандартным квантовым пределом», тогда как состояния, полученные в этом эксперименте, в теории могут достичь «предела Гейзенберга» – абсолютного максимума точности измерений. Это открывает возможности для создания гравитационных детекторов нового поколения, способных улавливать самые слабые колебания пространства-времени.

В ходе работы также были зафиксированы неожиданные явления, такие как долгоживущие сильно взаимодействующие состояния. В перспективе команда планирует масштабировать систему от десятков до сотен атомов и, в конечном итоге, до бозе-эйнштейновских конденсатов (около 100 000 частиц). Это позволит изучать макроскопические волновые явления материи, квантовую запутанность и откроет новую эру в квантово-усиленном зондировании.

Читайте также

Владение смартфоном снижает навыки чтения у детей 3–6 классов – исследование UCLA

Владение смартфоном снижает навыки чтения у детей 3–6 классов – исследование UCLA

Следы возрастом 1,43 млн лет у озера Туркана рассказали о предках человека ростом 180 см

Следы возрастом 1,43 млн лет у озера Туркана рассказали о предках человека ростом 180 см

Китайские ученые создали сверхпрочный сплав, выдерживающий нагрев до 2400 °C

Китайские ученые создали сверхпрочный сплав, выдерживающий нагрев до 2400 °C

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Траектория старения: в ННГУ научились прогнозировать возрастные изменения у конкретного человека

Траектория старения: в ННГУ научились прогнозировать возрастные изменения у конкретного человека

Ученые МИСИС создали наночастицы с защитой от перегрева для терапии рака

Ученые МИСИС создали наночастицы с защитой от перегрева для терапии рака

Физики раскрыли загадку «лишнего» гамма-излучения атомных ядер, над которой бились десятилетиями

Физики раскрыли загадку «лишнего» гамма-излучения атомных ядер, над которой бились десятилетиями

Ученые выяснили, что многолетние финансовые трудности могут ускорять старение мозга

Ученые выяснили, что многолетние финансовые трудности могут ускорять старение мозга

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Бензин как лотерея: станут ли гибриды и электромобили популярным выбором россиян?

Бензин как лотерея: станут ли гибриды и электромобили популярным выбором россиян?

7 удивительных фактов о черных дырах, которые меняют наше представление о Вселенной

7 удивительных фактов о черных дырах, которые меняют наше представление о Вселенной

22-тонный КАМАЗ-1010 «обманывает» законы физики в карельских лесах

22-тонный КАМАЗ-1010 «обманывает» законы физики в карельских лесах

ChatGPT заблокировал запросы на имитацию стиля известных писателей

ChatGPT заблокировал запросы на имитацию стиля известных писателей

Ученые предложили новый способ искать разумную жизнь во Вселенной — без поиска технологий

Ученые предложили новый способ искать разумную жизнь во Вселенной — без поиска технологий

«Умный пластырь» определяет сахар в крови через пот за пять секунд

«Умный пластырь» определяет сахар в крови через пот за пять секунд