Если вы поместите кошку в непрозрачный ящик и сделаете его жизнь зависимой от случайного события, когда кошка умрет? Когда происходит случайное событие или когда вы открываете коробку?
Хотя здравый смысл подсказывает первое, квантовая механика — или, по крайней мере, наиболее распространенная «копенгагенская» интерпретация, сформулированная датским физиком Нилсом Бором в 1920-х годах, говорит, что это второе. Кто-то должен наблюдать за результатом, прежде чем он станет окончательным. А до тех пор, как это ни парадоксально, кошка мертва и жива одновременно.Из Калифорнийского университета в Беркли физики впервые показали, что на самом деле можно проследить метафорическую кошку на протяжении всего процесса, независимо от того, жив ли он в конце концов или умрет.
«Аккуратная запись отпечатков кошачьей лапы заставляет ее умереть или ожить, в зависимости от обстоятельств, и позволяет нам реконструировать ее жизненную историю», — сказал Ирфан Сиддики, доцент физики Калифорнийского университета в Беркли, который является старшим автором книги. Обложка статьи с описанием результата в номере журнала Nature от 31 июля.Парадокс Шредингера с кошкой — критическая проблема для квантовых компьютеров, где входом является переплетение состояний — например, запутанная жизнь и смерть кошки, — но ответ на вопрос, живо или мертвое животное, должен быть определенным.«Для Бора и других процесс был мгновенным — когда вы открывали коробку, запутанная система схлопывалась до определенного, классического состояния.
Этот постулат вызвал споры в квантовой механике», — сказал Сиддики. «Но отслеживание квантовой системы в реальном времени показывает, что это непрерывный процесс, и что мы можем постоянно извлекать информацию из системы по мере ее перехода от квантовой к классической. Первоначальные основатели квантовой теории никогда не считали такой уровень детализации доступным. . "Для квантовых компьютеров это позволит непрерывно исправлять ошибки. Реальный мир, от света и тепла до вибрации, может вывести квантовую систему из квантового состояния в реальное, так называемое классическое состояние, например открыть коробку, чтобы посмотреть на кошку, и заставить ее либо стать мертвой. или живым.
По словам Сиддики, большой вопрос относительно квантовых компьютеров заключается в том, можно ли извлекать информацию без полного разрушения квантовой системы.«Это очень естественным образом решает эту фундаментальную проблему», — сказал он. «Мы можем постоянно очень осторожно исследовать систему, чтобы получить немного информации и постоянно исправлять ее, подталкивая ее обратно к конечной цели».
Быть двумя противоположными вещами одновременноВ мире квантовой физики система может находиться в двух наложенных друг на друга состояниях одновременно, пока никто не наблюдает.
Наблюдение возмущает систему и заставляет ее переходить в ту или иную сторону. Физики говорят, что исходные запутанные волновые функции схлопнулись до классического состояния.
За последние 10 лет такие теоретики, как Эндрю Н. Джордан, профессор физики в Университете Рочестера и соавтор статьи в Nature, разработали теории, предсказывающие наиболее вероятный способ коллапса квантовой системы.«Команда из Рочестера разработала новую математику для предсказания наиболее вероятного пути с высокой точностью, точно так же, как можно было бы использовать уравнения Ньютауна для предсказания наименее громоздкого пути мяча, катящегося с горы», — сказал Сиддики. «Последствия значительны, поскольку теперь мы можем разработать управляющие последовательности, чтобы направлять систему по определенной траектории.
Например, в химии можно использовать это, чтобы предпочесть одни продукты реакции другим».Ведущий исследователь Стив Вебер, аспирант в группе Сиддики, и бывший научный сотрудник Сиддики Катер Мурч, ныне доцент кафедры физики Вашингтонского университета в Сент-Луисе, подтвердили правоту Иордании. Они измерили траекторию волновой функции квантовой схемы — кубита, аналогичного биту в обычном компьютере — по мере ее изменения. Схема, сверхпроводящий маятник, называемый трансмоном, могла находиться в двух различных энергетических состояниях и была подключена ко второй цепи для считывания конечного напряжения, соответствующего частоте маятника.
«Если вы проводите этот эксперимент много-много раз, измеряя путь, по которому система проходила каждый раз, и состояния, через которые она проходила, мы могли бы определить наиболее вероятный путь», — сказал Сиддики. «Тогда мы могли бы разработать последовательность управления, чтобы пойти по пути, который мы хотим выбрать для данной квантовой эволюции».Например, если вы детально исследовали химическую реакцию, вы могли бы найти наиболее вероятный путь, по которому будет идти реакция, и разработать способ направить реакцию на продукты, которые вам нужны, а не самый вероятный, — сказал Сиддики.
«Эксперимент демонстрирует, что для любого выбора конечного квантового состояния можно найти и спрогнозировать наиболее вероятный или« оптимальный путь », соединяющий их в данное время», — сказал Джордан. «Это подтверждает теорию и открывает путь для активных методов квантового контроля».Работа была частично поддержана Управлением военно-морских исследований и Управлением директора национальной разведки (ODNI) Управления перспективных исследовательских проектов разведки (IARPA) через Управление армейских исследований.
