Реинкарнация кота шрёдингера стала возможной
Одна из самых увлекательных и животрепещущих научных неприятностей – связь между классической физикой и квантовым миром. Как именно происходит так называемый коллапс волновой функции, а известный кот Шрёдингера покидает смешанное состояние и внезапно оказывается или жив, или мёртв?
Английские учёные решили добавить ещё мало тумана в этом вопросе и совершили опыт, на протяжении которого им удалось подставить под сомнение одну из баз квантовой теории – эффект наблюдателя.
В соответствии с интерпретации квантовой механики Гейзенберга и Бора (её ещё именуют «Копенгагенской»), изменение квантового состояния объекта, к примеру фотона, происходит при его измерении. До измерения фотон находится в так называемой суперпозиции – другими словами во всех возможных состояниях, а также противоречащих друг другу.
Как, к примеру, в известном мысленном опыте Эрвина Шрёдингера.
Шрёдингер для иллюстрации редукции волновой функции внес предложение следующий мысленный опыт.
В закрытый коробку помещён кот. В коробке кроме этого имеется механизм, содержащий ёмкость и радиоактивное ядро с ядовитым газом. Параметры устройства подобраны так, что возможность распада ядра за 1 час образовывает 50%.
В случае если ядро распадается, оно приводит механизм в воздействие, он открывает ёмкость с газом, и кот умирает. В соответствии с «Копенгагенской интерпретации», в случае если над ядром не производится наблюдения, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний, и мы не можем заявить, что в действительности с котом.
Они будет в состоянии «ни жив ни мёртв». Но так как в реальности кот не может быть в один момент в двух состояниях! (иллюстрация с сайта wikimedia.org)
Надав Кац (Nadav Katz) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (University of California, Santa Barbara) и его сотрудники опубликовали результаты другого, возможно, не столь захватывающего, но в полной мере лабораторного опыта.
Учёным удалось «вернуть» квантовое состояние частицы обратно. Причём по окончании измерения этого самого состояния.
Практически это указывает, что возможно сохранить жизнь коту независимо от условий коллапса волновой функции. Жив ли он, мёртв ли – не имеет значения.
Мы неизменно может отыграть обратно.
По словам Маркуса Бюттикера (Markus Buttiker) из университета Женевы (Universite de Geneve), для приверженцев «Копенгагенской интерпретации» любое упоминание о возможности обратного коллапса, другими словами возврата в квантовое состояние неопределённости, думается поразительным: «Открыв коробку, мы должны заметить какое-то одно из двух вероятных состояний кота – вторых вариантов быть не должно».
Однако, в соответствии с более ранней интерпретации квантовой механики, предполагавшей так именуемую квантовую декогерентность, редукция не считалась каким-то неожиданным процессом. Напротив, квантовое состояние, утверждает эта теория, должно «медлено» коллапсировать, по мере того как квантовая совокупность взаимодействует с окружающей средой.
Ещё в 2006 году Александр Коротков (Alexander Korotkov) из Калифорнийского университета в Риверсайде (University of California, Riverside) и Эндрю Джордан (Andrew Jordan) из университета Рочестера (University of Rochester) продемонстрировали, что обязан существовать какой-то промежуток, на протяжении которого возможно остановить редукцию.
Врач его группа и Кац решили подтвердить возможность получения для того чтобы результата экспериментально и измерили изменение квантового состояния сверхпроводникового фазового (потокового) кубита.
Отыщем в памяти о соотношении неопределённостей Гейзенберга: каждый квантовый объект характеризуется чем-то наподобие координаты Х и импульса Р, каковые не смогут в один момент принимать совершенно верно определённые значения.
Такие переменные именуются в квантовой механике сопряжёнными между собой. Какой из этих двух переменных характеризовать квантовое состояние отечественной совокупности – вопрос удобства.
Кубит – это такая совокупность, в которой число частиц подобно импульсу, а фазовая переменная (энергетическое состояние) – координате. Фазовый кубит был в первый раз реализован в лаборатории Делфтского университета (Technische Universiteit Delft) пара лет назад и с того времени деятельно изучается.
На иллюстрации продемонстрирована элементарная схема фазового кубита и его фотография (изображение Ioffe L. B., et al/Nature).
Кубит может иметь два энергетических состояния – высокое и низкое. Американские учёные создали такую его схему, дабы он имел возможность пребывать в любом из них, другими словами практически поддерживать суперпозицию.
Это, напомним, соответствует состоянию шрёдингеровского кота — «ни жив ни мёртв».
Каждая попытка измерить энергию напрямую должна была, по хорошим представлениям, «вынудить» кубит появляться в одном из двух состояний, другими словами привести к редукции волновой функции. Но в новом опыте этого удалось избежать!
В чём же успех?
«Фокус в том, что возможно умным образом измерить энергию косвенно», — растолковывает начальник изучения.
Американцы решили применять туннельный эффект, в то время, когда микрочастица способна переходить в второе состояние, а её энергия наряду с этим меньше определённого барьера, требуемого законами классической физики.
На протяжении опыта варьировали «высоту» барьера так, дабы устройству было сложнее поменять фазу (магнитного потока). Для инициации перехода с одного уровня на другой установку облучали микроволновым импульсом – «перемещая» высокоэнергетический кубит на более низкий уровень, и напротив.
Открытый в кубитах (на иллюстрации) эффект, быть может, разрешит создать новую, более правильную и устойчивую модель квантового компьютера, считают авторы опыта (фото с сайта nwo.nl).
Потому, что момент фазового «скачка» фиксировался аппаратурой (он сопровождается сигнальным колебанием магнитного поля), весёлые учёные смогли косвенно измерить энергетическое состояние кубита. «Это указывает, что мы смогли измерить коллапс и избежать наряду с этим влияния результата наблюдателя», — говорит врач Кац.
В случае если упростить полученные результаты, то это примерно равнозначно тому, как если бы мы открыли крышку коробки, убедились, что кот жив, и закрыли крышку обратно, вернув его в исходное, неизвестное состояние.
Потому, что энергетических уровней всего два, то при измерении они приводили к отмене прошлого состояния.
Полученные отзывы уже характеризуют результаты опыта как «прорыв». Так, к примеру, думает доктор наук Бюттикер.
А эксперт по квантовой физике Влатко Ведрал (Vlatko Vedral) из университета Лидса (University of Leeds) уверен в том, что результаты опыта смогут привести к пересмотру всей системы восприятия «хорошей» действительности: «Сейчас мы кроме того не можем заявить, что измерения формируют действительность, – так как возможно элиминировать эффекты замеров и начать всё заново».
«Квантовый мир стал ещё более хрупким, а действительность ещё более загадочной», – резюмирует Максимилиан Шлоссхауэр (Maximilian Schlosshauer) из университета Мельбурна (University of Melbourne).
Вспоминаются слова Ньютона о том, что он чувствует себя мелким мальчиком, играющим в камушки на берегу огромного океана истины. Лишь сейчас получается, что чем больше камень, кинутый в данный океан, тем выше поднимается его уровень.
Данный закон ещё Архимед открыл.
