Революційний прорив у квантовій фізиці: кіт Шредінгера виявився живим при екстремально високих температурах, що раніше вважалося неможливим.

Сьогодні фізики дотримуються думки, що підвищена температура порушує квантові явища. Проте вперше дослідники продемонстрували, що квантові стани можуть зберігатися навіть при високих температурах. Кіт Шредінгера, здається, продовжує вражати фізиків, незважаючи на те, що минуло вже 90 років.

Дослідження опубліковано в журналі Science Advances, пише Interesting Engineering.

Фізики створили і виміряли гарячий стан кота Шредінгера за температури 1,8 Кельвіна (мінус 271,3 градуса Цельсія), що дуже близько до абсолютного нуля (мінус 273,15 градусів Цельсія). Це може здатися дуже низькою температурою, але вчені кажуть, що це набагато вище, ніж температури в мілікельвінах, за яких зазвичай спостерігається квантова суперпозиція. Водночас вважається, що висока температура руйнує квантові ефекти, але виявляється, що це не так.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Кіт Шредінгера — це концептуальний експеримент у галузі квантової фізики, створений Ервіном Шредінгером у 1935 році. Він ілюструє ситуацію, в якій кіт опиняється в закритій коробці разом із механізмом, що має здатність його знищити.

Шредінгер висунув теорію, згідно з якою, поки коробка залишається закритою і ніхто не спостерігає за котом всередині, він вважається водночас живим і мертвим. Цей уявний експеримент слугує ілюстрацією квантового стану, в якому частинки можуть перебувати в кількох станах одночасно, поки не буде здійснено спостереження. Такий стан називають квантовою суперпозицією.

Досі вважалося, що створити кота Шредінгера можливо лише за умови, що енергію об'єкта знижують до його основного стану, шляхом зменшення температури. Для цього необхідні екстремально низькі температури на рівні мілікельвіна, щоб зменшити вплив теплового шуму. Як результат, багато квантових технологій залишалися доступними лише в лабораторних умовах. Проте нещодавно фізики виявили нові шляхи для подолання цієї проблеми.

Дослідники застосували два унікальні протоколи для створення гарячого кота Шредінгера. Фізики розмістили трансмоновий кубіт в надпровідному мікрохвильовому резонаторі — спеціалізованому контейнері із надпровідного матеріалу, призначеному для захоплення та зберігання мікрохвильової енергії з якомога меншими втратами.

Вчені використовували модифіковані версії двох протоколів. Один передбачає зміщення квантового стану в одному напрямку, а потім застосування квантової луни для уточнення зміщення, що допомагає створити бажаний квантовий стан. Інший протокол передбачає безперервну взаємодію, яка поміщає об'єкти в квантову заплутаність, що дає змогу контрольованим чином керувати квантовими станами.

Експеримент дав змогу фізикам створити і виміряти кота Шредінгера за температури 1,8 Кельвіна, тоді як температура навколишнього середовища мікрохвильового резонатора залишалася на рівні 0,03 Кельвіна.

На думку вчених-фізиків, результати експерименту продемонстрували можливість спостереження та використання квантових ефектів навіть при менш оптимальних, тепліших умовах. Якщо в системі вдасться створити потрібні взаємодії, то температура, врешті-решт, не грає суттєвої ролі.

Як повідомлялося раніше в журналі Фокус, дослідники вдосконалили свої знання про характеристики рідкоземельного елемента, що рідко зустрічається в природі і має назву прометій. Це нове відкриття вчених сприятиме суттєвому покращенню процесів виробництва цього металу та може кардинально змінити технологічні підходи в різних галузях.

Фокус також повідомляв про те, що астрономи виявили чорну діру, яка поглинає не лише матерію, але й дещо інше. Дослідники вивчили цю чорну діру, яка, як дивно це не звучить, поглинає частини своєї власної історії. Це дослідження дозволило астрономам реконструювати минуле подвійної системи, в якій розташована ця чорна діра.