Исследование было опубликовано в Nature Photonics.В 1935 году немецкий физик Эрвин Шредингер предложил мысленный эксперимент, в котором кошка, скрытая от наблюдателя, находится в суперпозиции двух состояний: она жива и мертва. Кот Шредингера был призван показать, насколько радикально отличается макроскопический мир, который мы видим, от микроскопического мира, управляемого законами квантовой физики.Однако развитие квантовых технологий позволяет создавать все более сложные квантовые состояния, и мысленный эксперимент Шредингера больше не кажется слишком далеким от досягаемости.
«Один из фундаментальных вопросов физики — это граница между квантовым и классическим мирами. Могут ли квантовые явления при идеальных условиях наблюдаться в макроскопических объектах?
Теория не дает ответа на этот вопрос — может быть, такой границы нет. Что мы "Нужен инструмент", — говорит Львовский, профессор Университета Калгари и руководитель лаборатории квантовой оптики Российского квантового центра, где и был поставлен эксперимент.
Именно такой инструмент предоставляет физический аналог кота Шредингера — объект в квантовой суперпозиции двух состояний с противоположными свойствами. В оптике это суперпозиция двух когерентных световых волн, где поля электромагнитных волн направлены одновременно в двух противоположных направлениях.
До сих пор эксперименты могли получить такие суперпозиции только при малых амплитудах, что ограничивало их использование. Львовская группа провела процедуру «разведения» таких состояний, которая позволяет с большим успехом получать оптических «кошек» большей амплитуды.Соавтор и аспирантка Университета Калгари Анастасия Пушкина поясняет: «Идея эксперимента была предложена в 2003 году группой профессора Тимоти Ральфа из Университета Квинсленда, Австралия.
По сути, мы вызываем помехи двух« кошек »на светоделитель. Это приводит к запутанному состоянию в двух выходных каналах этого светоделителя. В одном из этих каналов помещается специальный детектор.
Если этот детектор показывает определенный результат, в второй выход, энергия которого более чем вдвое превышает исходный ».Львовская группа опробовала этот метод в лаборатории.
В ходе эксперимента они успешно преобразовали пару «кошек Шредингера» с отрицательным сжатием амплитудой 1,15 в единственную положительную «кошку» с амплитудой 1,85. В своем эксперименте они создали несколько тысяч таких увеличенных «кошек».«Важно, чтобы процедуру можно было повторить: новые« кошки », в свою очередь, могут накладываться на светоделитель, создавая один с еще более высокой энергией, и так далее.
Таким образом, можно раздвинуть границы квантового шаг за шагом, и со временем понять, есть ли у него предел », — говорит первый автор исследования, аспирант Российского квантового центра и Московского государственного педагогического университета Демид Сычев.Такие макроскопические «коты Шредингера» найдут применение в квантовой связи, телепортации и криптографии.