Кот Шрёдингера? Это уже прошлый век

Честно? Я до сих пор помню, как впервые услышал про кота Шрёдингера. Мне было пятнадцать, и я решил, что это полная чушь. Кот, который одновременно жив и мёртв, пока не откроешь коробку? Серьёзно? Это не физика, это какой-то розыгрыш.

Но вот в чём дело: физики не прикалывались. Они пытались объяснить один из самых странных аспектов квантовой механики — идею о том, что крошечные частицы могут существовать сразу в нескольких состояниях. Типа находиться в двух местах одновременно или иметь одновременно два свойства, пока мы их не измерим.

Классика жанра

Быстренко напомню суть, если кто-то пропустил (или вообще не слышал — без осуждения).

Эрвин Шрёдингер, австрийский физик, представил кота в запечатанной коробке. Там же радиоактивный атом, счётчик Гейгера и колба с ядом. Если атом распадается — счётчик срабатывает, колба разбивается, и коту плохо. Если не распадается — кот живёт припеваючи.

Квантовая странность в том, что пока не откроешь коробку, непонятно, что произошло. Поэтому с нашей точки зрения кот существует в суперпозиции обоих состояний — живой и мёртвый одновременно. Только когда смотрим, реальность "решает", какой исход получился.

Никто никогда не планировал ставить такие эксперименты по-настоящему, кстати. Сам Шрёдингер использовал этот пример, чтобы показать, насколько дикой становится квантовая механика, когда переходишь от микрочастиц к обычным предметам. Котов в коробках никто не собирался запирать. Уф.

А теперь становится по-настоящему интересно

Долгие годы физики подозревали, что суперпозиции могут быть гораздо сложнее, чем просто "два противоположных состояния". Но создать такие сложные состояния в лаборатории? Это было проблемой.

До недавнего времени.

Команда из Оксфордского университета опубликовала исследование, которое реально впечатляет. Они умудрились создать так называемые "экзотические" квантовые суперпозиции — по сути, новые разновидности состояний кота Шрёдингера, которые не вписываются в простую бинарную модель.

Как? Захватили одиночный ион стронция-89 (ну конечно, квантовые физики обожают экзотические элементы) и провели ювелирную работу. Они контролировали и внутреннее квантовое состояние иона (его "спин", что-то вроде крошечного магнитного свойства), и его движение в ловушке.

Представьте так: раньше мы могли создавать суперпозиции только из двух противоположных состояний. Как выключатель света — либо включено, либо выключено. А оксфордская команда сделала что-то вроде квантового выключателя, который может быть одновременно включён, выключен, наполовину включён, мигать с определённой частотой И ещё несколько конфигураций, для которых у нас даже названий не было — всё сразу.

Ведущий исследователь Себастьян Санер сказал: у них теперь есть "инструмент для лепки квантовых суперпозиций практически любой формы". Любой формы. Это не скромное заявление.

Почему вам вообще должно быть интересно?

Знаю, о чём вы думаете — круто для гиков, но нам-то что?

А вот что: мы сейчас в самом начале эпохи квантовых компьютеров, которые могут перевернуть всё — от разработки лекарств до моделирования климата и взлома шифрования. Но эти машины невероятно хрупкие и постоянно ошибаются.

Проблема в том, что нынешние квантовые компьютеры работают на "двухуровневых" кубитах — по сути, квантовой версии выключателя вкл/выкл. Но если мы научимся работать с более сложными квантовыми состояниями, как те, что стали возможны благодаря этому исследованию, мы сможем создавать более устойчивые системы, которые лучше исправляют свои ошибки.

Как выразился Санер: "Классический образ квантовой системы, находящейся в двух местах одновременно — это только начало. Есть гораздо более обширный ландшафт возможных квантовых состояний, и мы только учимся получать к нему экспериментальный доступ".

Картина в целом

Вот что меня зацепило в этой истории: знаменитая цитата Фейнмана о том, что никто не понимает квантовую механику, прозвучала в 1964 году. Прошло почти шестьдесят лет, а мы всё ещё открываем новые аспекты этого явления. Всё ещё расширяем границы того, что позволяет реальность.

И знаете что? Это даже как-то вселяет надежду. Нам ещё столько неизвестно. Столько всего предстоит исследовать. Вселенная страннее и гибче, чем подсказывает наш повседневный опыт, и время от времени мы получаем проблеск того, насколько глубока кроличья нора.

Так что когда в следующий раз кто-то упомянет кота Шрёдингера на ужине, можете сказать: "О, это уже прошлый век. Мы давно ушли дальше базовых сценариев жив/мёртв. Квантовая физика стала искусством".

Ваши собеседники либо будут впечатлены, либо забеспокоятся. В любом случае — вы окажетесь правы.