Суперпозиция на подогреве: кот Шрёдингера выжил в условиях, которые раньше считались смертельными

Ученым впервые удалось создать квантовые состояния, напоминающие знаменитого кота Шрёдингера, при температуре, которую раньше считали недопустимой для подобных экспериментов. Это достижение может радикально изменить представление о том, где и как можно использовать квантовые технологии.

Исследователи из Университета Инсбрука смогли зафиксировать так называемые «горячие состояния кота Шрёдингера» при температуре 1,8 Кельвина (минус 271,3 °C). Хотя это звучит как почти абсолютный ноль, в мире квантовой физики это на удивление тепло: обычно подобные состояния наблюдаются лишь при тысячных долях Кельвина. При таких температурах минимизируется тепловой шум, мешающий квантовым эффектам.

«Многие коллеги были удивлены, когда мы представили наши данные, ведь обычно температура ассоциируется с разрушением квантовых состояний. Но наши измерения доказывают, что квантовая интерференция может сохраняться даже при высоких температурах», — рассказал Томас Агрэниус, один из авторов работы.

Кот Шрёдингера — это известный мысленный эксперимент, предложенный Эрвином Шрёдингером в 1935 году. Согласно ему, кот в закрытой коробке одновременно жив и мертв, пока никто не заглянет внутрь. Это метафора квантовой суперпозиции — состояния, в котором частица может находиться в нескольких состояниях одновременно до момента измерения. До сих пор считалось, что для создания таких состояний необходимо сначала охладить систему до почти абсолютного нуля, чтобы устранить тепловые колебания.

Эта потребность в экстремальном охлаждении — одно из главных препятствий для развития практических квантовых технологий. Однако в новом эксперименте исследователи смогли обойти это ограничение, используя особые методы управления квантовыми состояниями. Они поместили транзмонный кубит в сверхпроводящий микроволновый резонатор — устройство, способное удерживать и сохранять микроволновую энергию с минимальными потерями. С помощью модифицированных протоколов, известных как echoed conditional displacement (ECD) и quantum control mapping (qcMAP), им удалось создать суперпозицию без необходимости охлаждать всю систему до экстремально низкой температуры.

Первый протокол позволяет сдвинуть квантовое состояние в нужном направлении и затем откорректировать его с помощью своеобразного квантового «эха», минимизируя ошибки. Второй — обеспечивает непрерывное взаимодействие между квантовыми объектами, создавая контролируемую связь между ними. В результате этих манипуляций квантовое состояние сохранялось даже при 1,8 Кельвина, хотя сам резонатор оставался охлажденным до 0,03 Кельвина.

«Наша работа показывает, что квантовые эффекты можно наблюдать и использовать даже в менее идеальных, теплых условиях. Если удается создать нужные взаимодействия, то температура перестает быть критичным фактором», — подчеркнул Герхард Кирхмайр, один из авторов исследования.

Результаты опубликованы в журнале Science Advances и могут стать шагом к созданию квантовых устройств, которые работают не только в условиях дорогих лабораторий, но и в реальных, менее холодных средах.