Физики создали квантовый барабан, похожий на кота Шредингера

Ученые из Австралии и Великобритании создали крайне необычный квантовый аналог барабана, который одновременно вибрирует и «молчит», что делает его похожим на кота Шредингера. 

«Для того, чтобы научиться бить в наш барабан, нам пришлось создать специальные квантовые “палочки”, роль которых играют одиночные частицы света. Все это открывает дорогу для создания механического аналога кота Шредингера, и проверки законов квантовой механики на макромасштабах», — заявил Мартин Рингбауэр (Martin Ringbauer) из университета Квинсленда в Брисбане (Австралия).

Кот Шредингера — «участник» мысленного эксперимента, который был предложен австрийским физиком Эрвином Шредингером в 1935 году. Во время него в закрытый ящик помещаются кот и механизм, открывающий емкость с ядом в случае распада радиоактивного атома (что может случиться или не случиться).

В соответствии с принципами квантовой физики кот является одновременно и живым, и мертвым. Отсюда берет свое начало термин «квантовая суперпозиция» — совокупность всех состояний, в которых может одновременно находиться кот. Сегодня физики, в том числе ученые из Российского квантового центра, активно пытаются создать такого кота Шредингера, которого можно было бы увидеть невооруженным глазом.

Рингбауэр и его коллеги сделали первый шаг к «выращиванию» большой кошки Шредингера, изучая то, как одиночные частицы света взаимодействуют с очень тонкими, но при этом видимыми глазу пленками. Ученых интересовало то, будут ли столкновения фотонов с подобными мембранами порождать в них квантовые эффекты, «нарушающие» классические законы механики.

Как отмечает физик, при некоторых условиях одиночную частицу света можно «распилить» пополам, создав два более тусклых, но при этом запутанных фотона. Если одну из этих частиц направить на мембрану, а вторую — на обычное зеркало, их взаимодействия приведут к тому, что между «барабаном» и фотонами возникнет еще одна квантовая связь.

В этот момент в дело вступает то, что «распиленный» фотон на самом деле одновременно находится и в той, и в другой точке — он или пролетает мимо мембраны, не вызывая в ней колебаний, или же ударяется об нее. Соответственно, при некоторых измерениях он будет «бить» в барабан, а при других — не будет вызывать в нем никаких изменений. Иными словами, барабан будет одновременно и молчать, и стучать, что делает подобную пленку макроскопическим аналогом кота Шредингера.

Руководствуясь этими идеями, авторы статьи собрали подобную установку и начали наблюдать за колебаниями пленки, используя еще один лазер. Как признает Рингбауэр, при комнатных температурах подобная конструкция еще пока не полностью похожа на «барабан Шредингера», однако даже в таких условиях на его поверхности возникают аномалии, которые указывают на наличие у него квантовых свойств.

В ближайшее время его команда планирует улучшить работу лазерных датчиков колебаний и поместит «квантовый барабан» в холодильную установку, что, как они надеются, поможет нам впервые увидеть настоящего кота Шредингера.