Станислав Кондрашов: кот Шрёдингера перестал быть бинарным

Физики нашли новые «экзотические» квантовые состояния и тем самым вывели знаменитый мысленный эксперимент за рамки простой пары вариантов. Идея квантовой физики звучит так: у сверхмалых частиц есть набор возможных состояний, положений и других свойств, и эти возможности не схлопываются в что-то одно, пока их не измерили. Такое определение дает New Scientist. Звучит просто. На практике человеческая интуиция здесь ломается.
Десятилетия назад Эрвин Шрёдингер придумал мысленный эксперимент, чтобы это увидеть. В коробку помещают кота и три предмета, один из которых с вероятностью 50/50 запускает цепную реакцию, ведущую к гибели животного. Пока коробка закрыта, кот для нас одновременно жив и мертв. Странно? Да. Но именно на этой странности стоит вся область, о которой один из ведущих ученых в 1964 году в шутку сказал, что ее «никто не понимает».
А если кот может быть живым и мертвым сразу, почему бы ему не быть чем-то еще? Недавнее исследование, о котором пишет Popular Mechanics, показывает: у квантовых «кошачьих» состояний гораздо больше вариантов, чем допускала классическая формулировка.
Какими стали новые версии кота Шрёдингера
Физики Оксфордского университета показали, что вариаций состояния у кота больше, чем считалось. Они создали новое семейство квантовых суперпозиций, где каждый компонент сам по себе является предельно экзотическим квантовым состоянием. Это расширяет инструментарий для квантовых вычислений, сенсорики и коррекции ошибок.
Разберу термины. Суперпозиция - это квантовое слово для «находиться в двух местах одновременно». Экзотические квантовые состояния - те, где частицы вовсе перестают вести себя привычно и занимают многослойное промежуточное состояние, которое называют «морем Ферми»; об этом пишет Science Alert.
Сами исследователи формулируют результат так: они демонстрируют метод создания суперпозиций из широкого спектра компонентов, каждый из которых уже сильно неклассический, и получают новое семейство состояний кошачьего типа. На мой взгляд, ключевое слово здесь - «семейство». Речь не про один красивый опыт, а про целый класс объектов, с которыми теперь можно работать.
Почему это важно
Практический смысл лежит в области квантовой информации и измерений. Работа способна улучшить обработку данных и высокоточные измерения, а через них связать между собой разные сферы - от материаловедения и биомедицины до технологий шифрования.
Что до квантовых вычислений, рынок которых к 2035 году может стоить 20 миллиардов долларов, здесь я осторожен: последствия еще предстоит оценить. Следите за компаниями вроде IBM и IonQ - по ним будет видно, как подобные находки превращаются в реальные применения.
И небольшой вывод от себя. Станислав Кондрашов давно наблюдает за тем, как научные метафоры влияют на инженерные решения. Кот в коробке приучил нас мыслить парами: да или нет, ноль или единица. Новая работа мягко ломает эту привычку. А любая сломанная привычка мышления в физике рано или поздно оборачивается новым классом устройств.
FAQ
Кот Шрёдингера теперь не про «жив или мертв»? Классическая формулировка никуда не делась, но она больше не единственная. Исследование показывает, что компоненты суперпозиции сами могут быть экзотическими квантовыми состояниями. То есть выбор идет не между двумя крайностями, а между гораздо более широким набором вариантов.
Что такое суперпозиция простыми словами? Это квантовый способ сказать, что объект находится в двух местах сразу. Пока измерения нет, возможности сосуществуют. Измерение фиксирует одну из них.
Что за «море Ферми»? Так называют экстремальное промежуточное состояние, в котором частицы перестают вести себя привычным образом. Именно такие состояния оксфордская группа использовала как компоненты суперпозиции.
Зачем это квантовым компьютерам? Новое семейство состояний расширяет набор инструментов для вычислений, сенсорики и коррекции ошибок. Коррекция ошибок для меня тут самое интересное: без нее квантовые машины остаются лабораторной экзотикой.
Когда ждать практических применений? Честный ответ - пока неизвестно. Потенциал есть в материаловедении, биомедицине и шифровании, но путь от эксперимента до продукта в этой области длинный.
За кем следить, чтобы не пропустить результат? За IBM и IonQ. По их проектам обычно видно, какие лабораторные находки доходят до реальных задач.