«Механический кот Шрёдингера» уже не за горами
В современной физике определённую известность получили эксперименты с оптомеханическими системами. Так называют конструкции, в которых свет воздействует на макроскопические объекты – то есть на такие, которые могут быть видимы невооружённым глазом. Недавно группа, состоящая из английских и австралийских учёных, провела испытание ещё одной подобной системы. Её называют первым шагом к созданию механического аналога «кота Шрёдингера».
Напомним, что речь идёт о знаменитом мысленном эксперименте, демонстрирующем явление суперпозиции – пребывания одновременно в двух противоположных состояниях. В этом мысленном эксперименте кот находится в закрытом ящике, снабжённом ампулой со смертельно опасным веществом. В течение часа ампула имеет равные шансы как открыться, так и не открыться, поэтому в течение этого часа кот как бы находится одновременно в двух состояниях – он и жив, и мёртв.
В физическом мире, казалось бы, воспроизвести это допущение невозможно. Однако в квантовом мире явление суперпозиции широко распространено. Его даже начинают использовать – например, в квантовых компьютерах. Однако нынешняя задача перед наукой состоит в том, чтобы проследить, как квантовые законы переходят в привычные нам принципы классической физики.
Новая разработка английских и австралийских учёных использует лазерный луч, двигающийся по некой оптической схеме, и пластину из нитрида кремния достаточно большого размера (около миллиметра). Пластина стояла на пути луча, и перед ней он разделялся пополам – одна часть фотонов попадала на пластину, а другая на зеркало. Попадающие на пластину фотоны сообщали ей небольшой импульс, от которого она вибрировала. Учёным удалось запутать кванты света таким образом, что в один и тот же момент пластина подвергалась воздействию запутанного состояния из двух квантов света и отсутствия света.
Настоящую квантовую запутанность при этом наблюдать не удалось, поскольку эксперимент проводился при комнатной температуре. Однако в дальнейшем учёные планируют повторить его уже при низкой температуре, достигаемой лабораторным морозильником, когда уровень тепловых шумов значительно ниже. При этом даже в этом первом опыте картина в общих чертах оказалась такой, какой она была предсказана в теории.
Квантовая запутанность – весьма сложное понятие в современной физике. Её суть сводится к тому, что разные системы определённым образом влияют друг на друга, и знание о состоянии одной системы может привести к знанию о состоянии другой. Например, в указанном эксперименте удар фотона о пластину провоцировал отсутствие такого удара, а оно провоцировало ещё один удар и так далее. В результате выходило, что пластина одновременно и подвергается атаке фотона, и не подвергается.
Разумеется, это ещё только первый этап создания механической модели «кота Шрёдингера», однако исследователи работают над тем, чтобы по завершении этой модели продемонстрировать её широкой общественности.
