Крупномасштабная суперпозиция

Шредингеровская кошка не дает покоя физикам.

Наблюдение суперпозиции состояний.

У каждой кошки есть 9 жизней, но только шредингеровская может быть сразу и живой, и мертвой. Причудливые законы квантовой механики позволяют объекту пребывать в двух различных состояниях одновременно до тех пор, пока некоторое возмущение не свернет эту суперпозицию в одно из них. Пока такое поведение удавалось пронаблюдать лишь на примере одиночных частиц – фотонов или электронов. Ведь большую систему очень трудно сохранить в невозмущенном состоянии.

И вот физики придумали, как создать шредингеровскую кошку размером с клетку живой ткани – ничтожную для человеческого глаза, но гигантскую по меркам квантового мира. Сначала Роджер Пенроуз (Roger Penrose) из Оксфорда предложил схему космического эксперимента с использованием спутников. Однако его коллега из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Дирк Баумейстер (Dirk Bouwmeester) показал, что через несколько лет технологический уровень позволит поставить аналогичный опыт в лабораторных условиях.

Установка представляет собой своего рода интерферометр. Излучаемый источником света фотон попадает на лучерасщепляющий кристалл и продолжает движение в одном из двух равновероятных направлений, устремляясь в один из двух отражательных резонаторов. Испытав несколько отражений, он в конце концов вылетает обратно к лучерасщепителю и направляется в сторону детектора. В результате фотон оказывается сразу в двух состояниях, соответствующих одновременному распространению двумя различными путями (поскольку априори не известно, по какому из них он пришел к детектору).

Одно из зеркал интерферометра может свободно колебаться на подвесе, достаточно чувствительном, чтобы зарегистрировать удар фотона. После взаимодействия с квантом света оно будет находиться в суперпозиции колебательных состояний в течение примерно миллисекунды. Об этом будет свидетельствовать интерференционная картина, сформированная фотоном, двигавшимся по двум путям одновременно.

Сверхвысокая чувствительность – основное требование к установке, разрабатываемой Уильямом Маршаллом (William Marshall) и Кристофом Саймоном (Christoph Simon) из Оксфорда. Чтобы среагировать на толчок фотона, зеркало должно быть чрезвычайно маленьким – толщиной не более 10 мкм (примерно в 10 раз тоньше человеческого волоса) и весом всего 5 нг (5 .10-9 г). Для минимизации паразитных колебаний температура не должна превышать абсолютный ноль более чем на несколько миллионных градуса, а чтобы соударения с атомами не перекашивали зеркало на подвесе, в ходе эксперимента должен поддерживаться сверхвысокий вакуум. Современный технический уровень позволяет выдержать требуемые температуру и вакуум, а вот обеспечить необходимую миниатюрность зеркала и подвеса пока затруднительно.

Баумейстер полагает, что в будущем такое зеркало можно будет изготовить на углеродной нанотрубке – прочном, но чрезвычайно маленьком стержне. Он считает, что осуществление крупномасштабной суперпозиции состояний поможет усовершенствовать квантовые компьютеры, в которых каждая частица одновременно представляет и ноль, и единицу.

Оригинал - www.sciam.ru