Квантовый кот прожил 23 минуты: ученые совершили прорыв в квантовой физике

Это явление часто описывается с помощью метафоры кота Шредингера. Однако, состояния суперпозиции крайне неустойчивы и разрушаются за доли секунды. Недавно китайским ученым удалось поддерживать состояние суперпозиции в течение 23 минут, что стало рекордом и открыло новые горизонты для науки.

Странности квантовой механики

Квантовая суперпозиция — одно из самых увлекательных явлений в физике. В микромире частицы, такие как электроны и фотоны, способны одновременно пребывать в нескольких состояниях. Это состояние, известное как суперпозиция, противоречит нашему интуитивному пониманию мира, где объекты всегда имеют конкретное положение. Как объяснил физик Эрвин Шредингер в 1935 году, в эксперименте «кот Шредингера» кот в коробке находится в обоих состояниях — и жив, и мертв, пока коробку не откроют и не определят его судьбу.

При наблюдении суперпозиция рушится, и частица (или кот) фиксируется в одном из состояний — это называется коллапсом волновой функции. Этот парадокс подчеркивает странную природу суперпозиции, которая имеет огромное значение для технологий, таких как квантовые компьютеры. В этих устройствах используются кубиты, способные находиться в нескольких состояниях одновременно, в отличие от традиционных битов, которые представляют собой 0 или 1. Это позволяет производить множество вычислений одновременно, обещая ускорение обработки данных.

Эфемерность явления

Квантовые суперпозиции очень уязвимы и распадаются за доли секунды из-за взаимодействий с окружающей средой. Это явление, известное как декогеренция, вынуждает квантовую частицу выбирать одно из состояний. Даже малейшее наружное воздействие, как изменение температуры или магнитного поля, может нарушить суперпозицию. Удержание частицы в стабильном суперпозиционном состоянии является сложной задачей, что создает проблемы для квантовых компьютеров. Чтобы выполнить сложные вычисления, кубиты должны оставаться в суперпозиции достаточно долго. Недавно китайские исследователи установили рекорд, поддерживая суперпозицию 23 минуты и 20 секунд.

Новые горизонты эксперимента

Ученые охладили около 10 000 атомов иттербия до десятых долей градуса выше абсолютного нуля, создав устойчивые и изолированные условия. Заключив атомы в ультрахолодную вакуумную среду, они минимизировали деструктивные взаимодействия и продлили состояние суперпозиции. Используя свет для захвата и удержания атомов, они перевели их в суперпозицию двух противоположных спинов, именуемую «состоянием квантового кота». Это состояние удерживало атомы в двух состояниях одновременно в течение 1400 секунд, что намного дольше, чем в предыдущих экспериментах.

Потенциальные применения квантового прорыва

Для поддержания квантовой суперпозиции необходимы экстремальные условия: низкая температура, совершенный вакуум и устранение вибраций. Несмотря на все трудности, первые результаты обнадеживают и могут способствовать созданию более мощных квантовых компьютеров и точных измерительных систем.

Исследования продолжаются, и в будущем возможно тестирование других элементов, которые могут оказаться более стабильными. Эта динамично развивающаяся область открывает путь к новым открытиям, которые могут кардинально изменить наше представление о квантовом мире.

В OpenAI заявили о создании мощнейшего языкового алгоритма Orion, который заменит GPT-4. Подробнее о функционале и дате выхода читайте в материале 56orb.