Американським ученим вперше вдалося простежити безперервну еволюцію в часі квантової системи при її переході з одного стану в інший. Фактично в своєму новому дослідженні фахівцям вдалося простежити за знаменитим котом Шредінгера, не розкриваючи ящик. У квантовій механіці не можна дізнатися, чи живий, чи мертвий кіт (вихідне квантовий стан частинки), що знаходиться в закритій коробці (до вимірювання), не відкривши її (провівши вимір). Результати свого дослідження автори виклали в статті в журналі Nature, яка також доступна у формі препринта на сайті arXiv.org. Стисло з її змістом можна ознайомитися на порталі Рочестерського університету.
Фізики спостерігали за траєкторію переходу між двома квантовими рівнями особливого об'єкта - трансмона.
Для цього вчені поміщали його в резонатор і опромінювали мікрохвильовими імпульсами. У своїй роботі вчені отримували явний вид траєкторії еволюції квантового стану, проводячи серію послідовних слабких вимірів.
Дані вимірювання необхідні, щоб не допустити так званої редукції хвильової функції квантового об'єкта. Це явище пов'язане з характером процесу вимірювання в квантовій механіці.
У класичному світі інформація про об'єкт виходить в результаті локального взаємодії, що поширюється з максимальною швидкістю, рівній швидкості світла. У квантовій механіці вимір вважається нелокальним процесом і отримує різне тлумачення залежно від інтерпретації теорії.
У слабких вимірах невеликий вплив на систему приводить до її незначного збурення, яке майже не відрізняється від первісного. Однак для отримання достовірної інформації про стан системи такі виміри необхідно проводити досить багато разів.
Так, вчені в своїй роботі хоча і говорять про те, що їм вдалося визначити траєкторію еволюції квантової системи, графіки, які вони отримали, показують її в досить розмитому вигляді. Проте чітко видно область, в якій знаходиться траєкторія.
Рис. 1. Траєкторії еволюції квантової системи для чотирьох дослідів. По горизонтальній осі - час, по вертикальній - спостережувана; графіки a і b відповідають слабким вимірам, c і b - сильним. Зображення: Nature.
Трансмон є однією з можливих фізичних реалізацій квантового біта (кубіта). Він являє собою систему з пари надпровідників, які з'єднані двома тунельними контактами. Енергетичні рівні трансмону залежать від розподілу куперовских пар в надпровідниках.
Кубіт, крім значень 0 і 1, які приймає біт, може мати будь-яке значення, складене з суперпозиций 0 та 1. Вченим вдалося відстежити траєкторію, по якій система переходить з одного такого стану в інший.
Одне з основних труднощів, що виникають при описі ефектів квантової механіки, пов'язане з тим, що саме розуміння такого опису проводиться за допомогою понять і аналогій з класичної фізики. Однак, відмовляючись від фізичної інтерпретації квантової механіки, вчені залишаються наодинці з математичними рівняннями і законами квантового світу.
Дослідники сподіваються, що їх робота знайде застосування в управлінні квантовими системами, наприклад при створенні квантових комп'ютерів.
Олена
Светлана