Кот Шредингера — это хорошо известный парадокс, который применяет концепцию суперпозиции в квантовой физике к объектам, встречающимся в повседневной жизни. Идея состоит в том, что кошку помещают в герметичный ящик с радиоактивным источником и ядом, который сработает, если атом радиоактивного вещества распадется. Квантовая физика предполагает, что кошка одновременно жива и мертва (суперпозиция состояний) до тех пор, пока кто-нибудь не откроет коробку и при этом не изменит квантовое состояние.Этот гипотетический эксперимент, задуманный одним из отцов-основателей квантовой механики в 1935 году, в последние годы нашел яркие аналогии в лабораториях.
Теперь ученые могут поместить волновой пакет света, состоящий из сотен частиц одновременно, в два совершенно разных состояния. Каждому состоянию соответствует обычная (классическая) форма света, изобилующего природой.Группа ученых из Йельского университета создала более экзотический тип кошачьего состояния Шредингера, который предлагался для экспериментов более 20 лет.
Этот кот живет или умирает сразу в двух коробках, что является сочетанием идеи кота Шредингера и другой центральной концепции квантовой физики: запутанности. Запутанность позволяет местному наблюдению мгновенно изменять состояние удаленного объекта. Эйнштейн однажды назвал это «жутким действием на расстоянии», и в данном случае он позволяет распределить состояние кошки в различных пространственных режимах.Команда Йельского университета построила устройство, состоящее из двух трехмерных микроволновых резонаторов и дополнительного порта для мониторинга — все они соединены сверхпроводящим искусственным атомом. «Кот» состоит из ограниченного микроволнового света в обоих полостях.
«Этот кот большой и умный. Он не остается в одном ящике, потому что квантовое состояние разделяется между двумя полостями и не может быть описано отдельно», — сказал Чен Ван, научный сотрудник Йельского университета и первый автор исследования в Йельском университете. журнал Science, описывающий исследование. «Можно также принять альтернативную точку зрения, когда у нас есть две маленькие и простые кошки Шредингера, по одной в каждой коробке, которые запутались».У исследования также есть потенциальные приложения в квантовых вычислениях.
Квантовый компьютер сможет решать определенные задачи намного быстрее, чем классические компьютеры, за счет использования суперпозиции и запутанности. Тем не менее, одна из основных проблем при разработке надежного квантового компьютера — это исправление ошибок, не искажая информацию.«Оказывается,« кошачьи »состояния — очень эффективный подход к избыточному хранению квантовой информации для реализации квантовой коррекции ошибок. Создание кота в двух ящиках — это первый шаг к логической операции между двумя квантовыми битами с исправлением ошибок. — сказал соавтор Роберт Шёлкопф, профессор прикладной физики и физики Стерлинга и директор Йельского квантового института.
Шелькопф и его частые соавторы, Мишель Деворе и Стив Гирвин, первыми создали область квантовой электродинамики схем (cQED), предоставив одну из наиболее широко используемых структур для исследований квантовых вычислений. Деворет, профессор физики Йельского университета Ф. В. Бейнеке, и Гирвин, профессор физики и прикладной физики Юджина Хиггинса из Йельского университета, являются соавторами статьи.
Исследование основано на более чем десятилетнем развитии архитектуры cQED. Команда Йельского университета разработала множество новых функций, в том числе цилиндрические трехмерные полости с рекордным временем хранения квантовой информации более 1 миллисекунды в сверхпроводящих схемах и систему измерения, которая отслеживает определенные аспекты квантового состояния точным и неразрушающим образом. «Мы объединили здесь довольно много новейших технологий, — сказал Ван.