Ученые из Германии использовали свет и атом для получения состояния «кота Шредингера» — и многократно добились состояния суперпозиции.
©Wikipedia
Один из самых известных в мире мысленных экспериментов предстал в новом свете. Так, в 1935 году Эрвин Шредингер сформулировал мысленный эксперимент, иллюстрирующий парадоксальную природу квантовой физики. Сегодня группа исследователей под руководством Герхарда Ремпе, директора кафедры квантовой динамики Института квантовой оптики общества Макса Планка, смогла реализовать оптическую версию мысленного эксперимента Шредингера в лабораторных условиях. Так, в роли кота выступили импульсы лазерного света. Выводы, полученные в результате проекта, открывают новые перспективы для расширенного контроля оптических состояний, который в будущем может быть использован в квантовых коммуникациях. Исследование описано в статье журнала Nature Photonics.
«Согласно идее Шредингера, такая микроскопическая частица, как отдельный атом, способна существовать в двух разных состояниях одновременно. Это называется суперпозицией. Более того, когда такая частица взаимодействует с макроскопическим объектом, они могут «запутаться», и макроскопический объект может прийти в состояние суперпозиции. Шредингер предложил в пример кота, способного быть одновременно живым и мертвым, в зависимости от того, распался радиоактивный атом или нет — эта идея находится в прямом противоречии с ежедневным опытом», — объясняет профессор Ремпе.
Для реализации этого мысленного эксперимента в лаборатории физики обратились к различным модельным системам. В этом случае была осуществлена схема, предложенная теоретиками Вангом и Дуаном в 2005 году. В ней «роль» кота играет суперпозиция двух состояний оптического импульса. Экспериментальные техники, необходимые для проведения такого эксперимента, были разработаны группой Ремпе.
Исследователи, вовлеченные в проект, изначально скептически отнеслись к возможности генерирования и надежной регистрации таких механически запутанных квантовых состояний при помощи доступных технологий. Основная сложность заключалась в необходимости минимизации оптических потерь в рамках эксперимента. Как только это было достигнуто, специалисты провели все необходимые измерения для подтверждения предсказания Шредингера. Эксперимент позволил ученым изучить сферу применений квантовой механики и разработать новые техники для квантовой коммуникации.
Лаборатория в Институте общества Макса Планка в Гархинге оснащена необходимым оборудованием для проведения сложнейших экспериментов в квантовой оптике. Вакуумная камера и высокоточные лазеры используются для изолирования отдельного атома и манипулирования его состоянием. В центре установки — оптический резонатор, состоящий из двух зеркал, разделенных пятимиллиметровой щелью, в которой можно удерживать атом. В резонатор направляется лазерный импульс, где он отражается и затем взаимодействует с атомом. В итоге отраженный свет запутывается с атомом. Выполнив соответствующее измерение на атоме, оптический импульс может оказаться в состоянии суперпозиции, прямо как кот Шредингера. Особенное свойство эксперимента — то, что запутанные состояния можно генерировать детерминировано. Другими словами, «состояние кота» получается в ходе каждого повтора эксперимента.
«Мы успешно сгенерировали состояния летящего оптического кота и продемонстрировали, что они ведут себя в соответствии с предсказаниями квантовой механики. Эти данные подтверждают, что наш способ созданий состояний кота работает, также они позволили изучить важные параметры», — подытоживает кандидат наук Стефан Вельте.
Комментарии
Есть ещё и третий вариант: Кота в комнате никогда не было. Кот у Шредингера в голове, а может даже это был вовсе не кот был, а тараканы. Невозможно представить, что подобной хренью занимаются вполне себе взрослые люди и называют это "научными" изысканиями. У Ганса Христиана Андерсена есть гениальная сказка, называется которая "Новое платье короля". Суть сказки следующая: Два мошенника решили срубить денег при дворе короля и распустили слух, что они волшебники-портные и владеют магической силой сшить из золота и драгоценностей платье для короля которое становится совершенно невидимо для глаз дураков и людей занимающие не своё место при дворе. Всё золото и деньги на шитьё они украли, а короля "одели" в своё невидимое платье. Король не подал вида, видимо решив, что он дурак. Придворные испугались до жути, и тоже стали восхвалять "чудесное платье". В общем все вокруг пересрали, каждый за свою жопу. А мошенники под шумок слиняли. Кому интересно, могут прочитать в оригинале. А когда король в таком виде отправился на парад, ребёнок из толпы закричал: " А король-то ГОЛЫЙ!" Ржунемогу с этих дураков!
"Согласно идее Шредингера, такая микроскопическая частица, как отдельный атом, способна существовать в двух разных состояниях одновременно ... и далее..." - довольно странное утверждение профессора. Шредингер, наоборот, выступал против основных положений копенгагенской интерпретации и в качестве мысленного примера-парадокса, призванного наглядно продемонстрировать, наоборот, неполноту пси-функции (своей же), и предложил этот мысленный эксперимент. Ему приписываются же наоборот, идеи, против которых он и выступал, для демонстрации абсурдности которых он и ввел своего котика.
Это был такой же ход противников копенгагена, как и ЭПР-парадокс. Мол, смотрите, какие глупости логически вытекают из положений квантовой механики! Следовательно, она незаконченная, приближенная, неполная.
Квантовая механика - это математический аппарат, позволивший решение задачи "подогнать" под "ответ" . Но на практике он работает и это главное. Через этот аппарат удается "объяснить и предсказать" результаты экспериментальных наблюдений, но не понять физический смысл круга явлений в микромире. Если действительно в микромире взаимодействие между "частицами" осуществляется с запаздыванием , определяемым скоростью " С", то из-за запаздывания
на микроскопических расстояниях "лямбда" возможны колебания с собственными частотами С/лямбда.
Но с этими собственными частотами в микромире из-за запаздывания взаимодействий разбираться невообразимо сложно - это совсем другое, невообразимо сложное направление. Поэтому и пришлось в результате "научного фантазирования" в свое время строить аппарат, основанный на вероятностях, а затем "квантовать" всё: и поля, и время ....
Серьёзные ведь люди. А путаете "мысленный эксперимент" и "физически осуществимый". В мысленном эксперименте орудием будет дифф. уравнение, которое, конечно же, даст скорость в любой точно определённой точке. В любой же физической реализации для определения скорости вам потребуется нечто "до" и нечто "после" - появится интервал определения скорости, усреднение и т.п. Предлагаю более простой объект для ясного ощущения различий между "мысленным" и "реализуемым". Подключаем заряженный конденсатор к идеальной индуктивности. В идеальном контуре начнутся незатухающие колебания - все это знают. Должны начаться... Но вот физически достоверное наблюдение за этими колебаниями возможно лишь после введения хотя бы очень маленького резистора в контур - он выведет информацию о процессах в контуре. Но! Он изменит ход колебаний - они станут затухающими... Вывод: даже в физическом макромире получение информации влияет на исследуемый процесс, меняет экспериментально полученные параметры относительно измысленных.
Шрёдингер с помощью своего мысленного эксперимента хотел доказать , что состояние суперпозиции не логично. Открыв коробку на 10 день эксперимента и обнаружив, что кот мертв, мы можем определить сколько дней он там прожил по степени разложения. Например, он умер на 5-й день эксперимента. Значит, кот не находился в состоянии суперпозиции все 10 дней, он был жив 5 д и мертв 5д. А раз он был запутан с атомом ( жизнь кота полностью зависела от состояния атома), то и атом прожил 5 дней и не находился в состоянии суперпозиции до момента пока мы не открыли коробку. Вывод: суперпозиция это выдумка. А точнее, этот термин означает, что мы не знаем, что там происходит с объектом и в каком он состоянии.
Вывод Шрёдингера: Но, очевидно, кошка не может быть живой и мёртвой одновременно. Таким образом, заключает Шрёдингер, мы не можем считать, что реальность действительно «размазана» в соответствии с волновой функцией.
Вывод авторов статьи: Специалисты из германии провели все необходимые измерения для подтверждения предсказания Шредингера.
Вывод специалистов из германии:
Выполнив соответствующее измерение на атоме, оптический импульс может оказаться в состоянии суперпозиции, прямо как кот Шредингера.
Продолжая мысль Шрёдингера можно сказать , что если следовать логике, то состояние суперпозиции невозможно. Но если верить, что оно есть, тогда логика отсутствует (не существует в реальности). Специалисты из германии доказали отсутствие логики именно в выводах о своем эксперименте.