2 000 «котов Шредингера» побили рекорд крупномасштабной квантовой суперпозиции

Исследователи из Венского университета воспроизвели мысленный эксперимент для получения состояния «кота Шредингера» и доказали, что крупные молекулы, состоящие из более чем 2 тыс. атомов, могут существовать в двух местах одновременно. Это новый рекорд для крупных объектов, которые могут находиться в состоянии квантовой суперпозиции, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Physics.

Мысленный эксперимент с котом, придуманный Эрвином Шредингером, уже давно стал объектом многочисленных экспериментов по исследованию квантовой суперпозиции.

Ученый хотел показать неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим. В закрытый ящик помещаются кот и механизм, открывающий емкость с ядом в случае распада радиоактивного атома. Вероятность распада за час — 50%, то есть вероятность того, что кот выживет или умрет, составляет 50%. В соответствии с принципами квантовой механики получается, что кот, сидящий в ящике, и жив, и мертв одновременно — то есть существует в двух состояниях одновременно. Это состояние называется квантовой суперпозицией.

Физики в течение многих лет пытаются воспроизвести эксперимент с котом в лаборатории — ролью животного в таких испытаниях служат молекулы разной величины. Предыдущий рекорд принадлежит тем же ученым, которым удалось доказать квантовую суперпозицию для молекул размером около 800 атомов.

В ходе нового исследования ученые использовали продвинутую версию опыта Юнга — и использовали специально разработанные молекулы, состоящие из более чем 2 тыс. атомов.

Молекулы были достаточно крупными и стабильными, чтобы не разрушаться при «стрельбе» по двойным щелям, в результате которой образовался молекулярный пучок в сверхвысоком вакууме. Для отслеживания конечного результата ученые использовали интерферометр материальных волн с базовой линией 2 м.

Результаты эксперимента позволили доказать, что молекулы размером более 2 тыс. атомов могут существовать в двух состояниях одновременно — это самые большие молекулы из когда-либо приведенных к состоянию квантовой суперпозиции, говорится в исследовании.

Ранее ученые из Венского университета создали прибор, достаточно чувствительный для прямого наблюдения за квантовым взаимодействием между наночастицей, ее световой клеткой и стенками фотонного кристалла. В будущем устройство позволит увидеть кота Шредингера, который существует в состоянии квантовой суперпозиции, невооруженным глазом.