Эксперимент с квантовым котом побил рекорд, продержавшись 1 400 секунд

4 1391

Исследователи в области квантовой физики изучают удивительные явления, которые бросают вызов нашему пониманию реальности. Среди этих явлений квантовая суперпозиция — одно из самых странных: она позволяет частицам существовать в нескольких состояниях одновременно. Для иллюстрации этой концепции часто используется метафора кота Шрёдингера. Однако состояния суперпозиции чрезвычайно хрупки: как правило, они разрушаются за доли секунды.

Однако недавно китайская команда сумела сохранить состояние суперпозиции в течение 23 минут, установив рекорд и открыв многообещающие перспективы для научных исследований.

Причуды квантовой механики

Квантовая суперпозиция — одно из самых увлекательных и загадочных явлений в современной физике. В квантовом мире частицы (такие, как электроны или фотоны) не имеют единственного, определенного состояния, пока их не наблюдают. Они могут существовать в нескольких состояниях одновременно — это понятие известно как суперпозиция. Это означает, что частица может быть одновременно и здесь, и там, в отличие от того, как ведут себя объекты в нашем масштабе, где их положение всегда фиксировано.

Чтобы объяснить эту концепцию, физик Эрвин Шрёдингер в 1935 году разработал теоретический эксперимент под названием «кот Шрёдингера». Кот, запертый в коробке, может быть и жив, и мертв, пока коробку не откроют, чтобы проверить его состояние, потому что радиоактивный атом, который должен вызвать выброс яда, существует в суперпозиции распавшихся и нераспавшихся состояний. Когда происходит наблюдение, суперпозиция разрушается: частица (или кот) переходит в единое состояние. Это явление, известное как коллапс волновой функции, является центральным в квантовой физике.

 

Этот парадокс иллюстрирует странную природу суперпозиции, которая ускользает от нашей интуиции. Однако это явление имеет далеко идущие последствия, не в последнюю очередь для развития таких технологий, как квантовые компьютеры. В этих компьютерах используются квантовые биты (или кубиты), которые могут находиться в нескольких состояниях одновременно, в отличие от обычных битов, которые могут быть только 0 или 1. Таким образом, суперпозиция позволяет выполнять большое количество вычислений параллельно, что обещает произвести революцию в вычислительной технике, значительно увеличив скорость обработки данных.

Эфемерное явление

Состояния квантовой суперпозиции чрезвычайно хрупки и обычно разрушаются за доли секунды при взаимодействии с окружающей средой. Это явление, известное как декогеренция, приводит к исчезновению суперпозиции и выбору квантовой частицей одного состояния из всех возможных. Малейшего внешнего возмущения (даже незначительного изменения температуры, магнитного поля или взаимодействия с другой частицей) достаточно, чтобы нарушить суперпозицию. Это означает, что поддерживать частицу в стабильном состоянии суперпозиции крайне сложно. Поэтому декогеренция представляет собой серьезную проблему для технологических приложений квантовой физики, таких как квантовые компьютеры.

Для того чтобы эти компьютеры могли использовать возможности суперпозиции и выполнять сложные вычисления, необходимо, чтобы кубиты находились в суперпозиции достаточно долгое время для выполнения операций. Чем дольше длится суперпозиция, тем сложнее вычисления или точнее измерения. В этом контексте эксперимент, недавно проведенный командой из Университета науки и технологий Китая, представляет собой большой прорыв. Им удалось поддерживать состояние суперпозиции в течение рекордного времени - 23 минут и 20 секунд, что является исключительным.

Беспрецедентный эксперимент, который раздвигает границы

Для достижения этой цели исследователи охладили около 10 000 атомов иттербия на несколько тысячных долей градуса выше абсолютного нуля, создав чрезвычайно стабильные и изолированные условия. Заключив эти атомы в ультрахолодную среду в вакууме, ученые смогли свести разрушительные взаимодействия к минимуму и тем самым продлить состояние суперпозиции. Используя свет для захвата и удержания атомов в стабильном пространстве, они смогли поместить их в устойчивое состояние суперпозиции двух противоположных спинов. Созданное состояние суперпозиции, получившее название «состояние квантового кота», позволило бы удерживать частицы в двух одновременных состояниях в течение 1400 секунд.

Другими словами, там, где обычно это состояние разрушается за доли секунды, китайская команда стабилизировала систему гораздо дольше, чем это удавалось ранее в любом другом эксперименте.

Каковы возможности применения этого квантового прорыва?

Впереди еще много трудностей. Суперпозиция квантовых состояний требует экстремальных лабораторных условий: температуры, близкой к абсолютному нулю, идеального вакуума, изоляции от вибраций и других внешних помех. Несмотря ни на что, полученные результаты обнадеживают. В конечном итоге этот прорыв может иметь далеко идущие последствия во многих областях, включая разработку квантовых компьютеров и технологий высокоточных измерений. А пока исследования продолжаются.

В этом эксперименте иттербий показал хорошие результаты, но другие элементы могут оказаться более стабильными, что расширит поле возможностей, позволив протестировать большее разнообразие материалов и конфигураций. Таким образом, эта быстро развивающаяся область может привести к новым открытиям, которые изменят наше понимание квантового мира.

https://masterok.livejournal.c...

Что ж ты, джентльмен, сдал назад?

Так вот почему британцы вдруг резко расхотели  отправлять наземные войска на Украину? The Times приводит сегодня слова коммодора авиации Блайта Кроуфорда, который до прошлой недели...

Попову дали пять лет. На СВО? "Нет вакансий!" А он журналистам: "Спасибо, ребята"
  • Beria
  • Вчера 10:49
  • В топе

Тамбовский гарнизонный суд дал генералу Ивану Попову 5 лет. С отбыванием в колонии общего режима. А ещё, по решению суда, экс-командарм должен выплатить штраф в 800 тысяч рублей. В этом деле, к...

Обсудить
  • :thumbsup: :thumbsup:
  • "В квантовом мире частицы (такие, как электроны или фотоны) не имеют единственного, определенного состояния, пока их не наблюдают" Другими словами: О-пределено то, что в-О-ображено. Всякая частица во всём мире - О-граничена собственной с-О-образной границей, в т.ч. и фотон, и кот, и человек, и вообщё всё в-О-образимое в-О-круг. Это и есть с-О-стояние, по-О-знаваемое с-О-знанием. Если само-О-граничение отсутствует, то это и есть не-в-О-образимая СУПЕРПОЗИЦИЯ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА :exclamation:
  • Очень интересно, но ни хрена не понятно... :stuck_out_tongue_winking_eye:
  • :scream_cat: