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.
