Лазерный импульс отражается, взаимодействуя с атомом рубидия, и воспроизводит состояние, известное в квантовой физике как феномен «кота Шредингера». Затем еще один. И еще. Современная наука смогла пролить новый свет на один из самых знаменитых мысленных экспериментов мира. Хотите узнать, каким образом? Читайте дальше.
Парадоксы квантовой физики
Лазерные импульсы не имеют усов или лап. Но они смогли сделаться оптической версией «кота Шредингера». Это знаменитый воображаемый эксперимент квантовой физики. Он демонстрирует парадоксальную природу этой области науки. Квантовая физика пришла к выводу, что при определенных условиях (например, изоляции), такая микроскопическая частица, как атом, может находиться одновременно в двух разных состояниях. Назвали это явление суперпозицией. Например, частица может вращаться одновременно «вверх» и «вниз». Только когда мы измеряем ее вращение, то фиксируем одно или другое состояние. То есть, она якобы находится в некоем особом мире, и только присутствие стороннего наблюдателя выдает «на-гора» определенный результат.
Что такое «кот Шредингера»
Физик пошел еще дальше. Он предположил, что и крупный объект, взаимодействуя с атомом, тоже может достичь состояния суперпозиции. Он предложил представить стальной ящик, где заперты кот, атом и стеклянный флакон с отравляющим газом. При распаде атома механизм ящика разбивает стекло, и кот погибает. Если атом не распадется, кот останется жив. Если мы оставим кота в ящике на час, то он будет находиться в подвешенном состоянии суперпозиции – между жизнью и смертью. Шредингер полагал, что проблема в том, что в этом нет никакого смысла.
«Лазерные коты»
Группа исследователей из немецкого Института квантовой оптики имени Макса Планка добились того, что в своей лаборатории «материализовали» мысленный эксперимент Шредингера. Но роль кота у них играли лазерные световые импульсы. Каждый такой импульс словно становился «квантовым котом». Лаборатория в Финляндии, где осуществлялся эксперимент, была снабжена всем необходимым оборудованием, позволяющим изолировать отдельный атом и следить за его состоянием. Исследователи создали лазерные импульсы, которые находятся в суперпозиции между двумя возможными квантовыми состояниями.
В центре установки был помещен оптический резонатор, состоявший из двух зеркал, которые были разделены щелью в 5 мм (не больше крупицы соли). Там содержался атом рубидия. В резонатор направлялся лазерный импульс, он отражался в зеркале, а затем взаимодействовал с атомом. В результате эксперимента отраженный свет запутывался с атомом таким образом, что световые волны продолжали двигаться «вверх» и «вниз» одновременно, как если бы одна из них была зеркальным отражением другой. Такое промежуточное состояние позволило экспериментаторам назвать свои оптические импульсы «летающими лазерными котами».
Бессмертные «коты»
Превращаясь в «квантовых котов», импульсы существовали только долю секунды, но потенциально они могли быть бессмертными. Если бы импульс в таком промежуточном состоянии улетел в небо, то он оставался бы «квантовым котом» в течение миллиардов лет». Именно эта долговечность делает для нас практически полезными эти лазерные импульсы — так уверяют исследователи в своем отчете. Такие «лазерные коты-долгожители» могут долгое время путешествовать по оптоволокну, а это делает их отличной единицей информации для сети квантовых компьютеров.