Физики из Оксфордского университета создали новый тип квантовой суперпозиции – состояния, в котором объект может находиться сразу в нескольких квантовых состояниях. Работу опубликовали в журнале Physical Review X, сообщает департамент физики Оксфорда.
Обычно “кота Шредингера” объясняют через знаменитый мысленный эксперимент: до наблюдения кот как будто одновременно жив и мертв. В лаборатории, конечно, работают не с котами, а с атомами, светом или движением частиц. Такие состояния важны для квантовых компьютеров: кубит способен представлять не только 0 или 1, но и их суперпозицию.
В новом эксперименте ученые пошли дальше обычных кубитов. Они использовали одиночный ион стронция-88 в ловушке: внутреннее состояние частицы работало как кубит, а ее движение – как квантовый гармонический осциллятор. Такой осциллятор может занимать множество состояний, а не только два.
За счет этого исследователи получили куда более сложные “кошачьи” состояния. Они смогли соединять не простые квантовые волновые пакеты, а компоненты, которые сами по себе уже являются необычными неклассическими состояниями – например сжатые, трисжатые и квадрисжатые. Команда управляла размером, ориентацией и расстоянием между частями суперпозиции.
“Этот подход дал нам инструмент, позволяющий лепить квантовые суперпозиции практически любой формы”, – объяснил ведущий автор работы доктор Себастьян Санер. По его словам, полученные состояния дают геометрические интерференционные узоры.
Чтобы убедиться, что система действительно ведет себя по-квантовому, ученые восстановили ее состояние с помощью томографии. На реконструкциях появились интерференционные узоры и зоны отрицательности функции Вигнера – один из признаков того, что такое состояние нельзя описать обычной классической физикой.
Зачем это нужно? Такие суперпозиции могут пригодиться в квантовых вычислениях, квантовых сенсорах и коррекции ошибок – одной из главных проблем на пути к устойчивым квантовым компьютерам. Авторы считают, что это еще и новая площадка для ответа на старый вопрос физики: где заканчивается привычный мир и начинается квантовая реальность.
