Лазерный мир

Австрийские ученые создали оптический прибор, позволяющий следить за положением видимых глазу объектов с «квантовой» точностью. Это позволит ученым проверить, существуют ли коты Шредингера в природе, говорится в статье, опубликованной в журнале Optica.

«В ближайшее время мы повысим точность работы этого устройства на четыре порядка. Это позволит нам реализовать нашу главную мечту – научиться напрямую управлять квантовым состоянием наночастицы или измерять его, наблюдая за ее взаимодействиями со стенками «ящика», — заявил Маркус Аспельмайер (Markus Aspelmeyer) из Венского университета (Австрия).

Кот Шредингера — главный «участник» мысленного эксперимента, который был предложен австрийским физиком Эрвином Шредингером в 1935 году. В его рамках в закрытый ящик помещаются кот и механизм, открывающий емкость с ядом в случае распада радиоактивного атома (что может случиться или не случиться).

В соответствии с принципами квантовой физики кот является одновременно и живым, и мертвым. Отсюда берет свое начало термин «квантовая суперпозиция» – совокупность всех состояний, в которых может одновременно находиться кот. Сегодня физики активно пытаются создать такого кота Шредингера, которого можно было бы увидеть невооруженным глазом.

В реальности осуществить подобный эксперимент не так-то просто, если даже это в принципе возможно, так как на работу «ящика Шредингера» будет влиять его «классическая» (с точки зрения физики) часть, гравитационное замедление времени и целый ряд других факторов.

Отсутствие инструментов, позволяющих «увидеть» кота Шредингера, заставляют ученых активно спорить о том, где находится граница между квантовой и ньютоновско-эйнштейновской физикой, существует ли она вообще и влияет ли первая на поведение окружающих нас объектов.

«Мы знаем, что законы квантовой механики управляют поведением атомов и молекул, но мы пока не понимаем, насколько крупным может быть тело, обладающее подобными свойствами. Захватывая наночастицы и запутывая их с фотонными кристаллами, мы можем получить объект, превосходящий атом по размерам, и проверять его на квантовость», — продолжает ученый.

Физики, как отмечает Аспельмайер, давно научились захватывать отдельные наночастицы или даже атомы и молекулы при помощи «оптических щипцов», невидимых ловушек, удерживающих материю на месте благодаря нескольким лучам света, сталкивающимся внутри фотонного кристалла.

Они позволяют проводить квантовые опыты с подобными объектами, но у них была одна большая проблема. Ученые не могли точно вычислить положение атома или наночастицы внутри нее и понять, в каком состоянии они находятся, так как этому мешали световые помехи.

Аспельмайер и его коллеги решили эту проблему и превратили подобные оптические «щипцы» в своеобразную прозрачную клетку для кота Шредингера, поместив квантовое «животное» не внутри этой световой ловушки, а снаружи, на небольшом расстоянии от луча лазера.

В этой позиции, как отмечают ученые, наночастица продолжает удерживаться «щипцами», однако ее малейшие перемещения резко меняют то, как выглядит своеобразное световое эхо этой ловушки, возникающее в результате «побега» части лазерного излучения из фотонного кристалла.

31 октября, 11:10 Физики из России осуществили «разнородную» квантовую телепортацию

Подобный прием, как показали первые опыты с прототипом такой «клетки», позволил ученым повысить точность позиционирования наночастицы примерно на два порядка по сравнению с классическими методиками наблюдений за ее сдвигами.

Новые версии этого прибора, как считает Аспельмайер, будут обладать достаточной чувствительностью для прямых наблюдений за квантовыми взаимодействиями между наночастицей, ее световой клеткой и стенками фотонного кристалла. Эти опыты покажут, есть ли граница между квантовым и «обычным» миром и как первый влияет на поведение второго.

Источник: https://ria.ru/20181213/1547930177.html