как спасти кота шредингера

Как спасти кота Шредингера?

В 1935 году австрийский физик Эдвин Шредингер предложил мысленный эксперимент, с целью продемонстрировать всю абсурдность квантовой механики. Участником мысленного эксперимента стал кот Шредингера, которого вместе с радиоактивным веществом и специальным механизмом, открывающим колбу с ядом, помещают в закрытый ящик.

В случае распада радиоактивного атома – а это может произойти в любой момент времени, но когда точно неизвестно – механизм откроет емкость с ядом и кот погибнет. Но узнать, распался ли радиоактивный атом или нет, можно только заглянув в коробку. До этого момента, согласно принципам квантовой физики, кот одновременно и жив, и мертв. Это состояние известно как «квантовая суперпозиция» – совокупность всех состояний, в которых может одновременно находиться кот. Но можно ли как-то спасти несчастное животное? Физики полагают, что да.

КОТ В КОРОБКЕ

Принято считать, что кот Шредингера может находиться одновременно в двух состояниях, но исследователи из Йельского университета полагают, что кот может быть не только мертвым или живым, но что его можно спасти от гибели. Все дело в обнаруженном предупреждающем знаке для квантовых переходов, которые когда-то считались мгновенными и непредсказуемыми.

Основное предположение квантовой механики заключается в том, что в мельчайших масштабах свойства атомов квантованы, что означает, что частицы принимают дискретные, а не непрерывные состояния. Например, электрон может находиться в низкоэнергетическом состоянии, но если добавить немного больше энергии, он не будет медленно переходить в новое высокоэнергетическое состояние. Скорее, в новое состояние он перейдет непредсказуемо. Более того, если не наблюдать за ним, то атом может принимать промежуточные состояния – он будет находиться в обоих состояниях одновременно, а затем, как только вы его заметите, сразу же перейдет в одно состояние или в другое.

Однако эксперимент, проведенный в прошлом году, похоже, усложняет некоторые из основных идей квантовой теории. Согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Nature, физикам удалось предсказать вид атомного поведения, называемый квантовым скачком, и даже обратить скачок вспять. Эксперимент оказался возможным на искусственном атоме в лабораторных условиях.

Пока кот находится в коробке, он одновременно и жив и мертв

Необходимо отметить, что подобные исследования поднимают более серьезные вопросы о природе физики и могут иметь важные последствия для совершенствования квантовых компьютеров, работа которых полагается на правила квантовой механики.

КАК ПРЕДСКАЗАТЬ КВАНТОВЫЙ СКАЧОК?

Искусственные атомы называют кубитами. Они применяются в качестве основных единиц информации в квантовом компьютере. При каждом измерении кубита он выполняет квантовый скачок, но эти скачки непредсказуемы, а все попытки построить квантовые вычисления крайне проблематичны. В попытках спасти кота Шредингера, команда из Йельского университета разработала эксперимент для косвенного наблюдения сверхпроводящего кубита.

Для проведения эксперимента ученые подготовили специальную установку, включающую три микроволновых генератора для облучения кубита, которые находились в герметичном трехмерном корпусе из алюминия. В ходе исследования физики использовали два специально настроенных микроволновых сигнала. Один луч микроволнового света давал энергию для квантового скачка, а другой позволял ученым следить за ситуацией. Обнаружить квантовые скачки удалось когда «атом» возбуждался или терял энергию. Как пишет The Guardian, исследователи считают, что «квантовые скачки» – это не столько резкие скачки между энергетическими уровнями атомов, но постепенные переходы, больше похожие на скольжение.

«Квантовые скачки атома в некоторой степени аналогичны извержениям вулкана. Они абсолютно непредсказуемы в долгосрочной перспективе, пишут авторы исследования

Отмечу, что в обычных атомах «состояния» представлены расположением электрона вокруг ядра атома, но в этом искусственном атоме состояние представлено квантованым свойством, значение которого изменяется по мере прохождения электронами ограждения короба из алюминия. Технически эта квантовая система – двухкубитный квантовый компьютер, следующий тем же принципам, что и другие квантовые системы, включая электроны вокруг атомов.

Однако, даже не смотря на потрясающие результаты, у исследователей было лишь мгновение до того, как произошел переход между состояниями. Это означает, что ученые не могут предсказать точный день и время перехода состояния атома. Но этот уровень предвидения может быть полезен для квантовых компьютеров. Технология, основанная на этом эксперименте, может позволить исследователям квантовых вычислений идентифицировать ошибки прямо по мере их возникновения.

Важно понимать, что предстоит еще много работы, прежде чем эти исследования будут интегрированы в существующие квантовые компьютеры. Другие эксперты в этой области приветствовали исследование, а профессор Влатко Ведрал из Оксфордского университета охарактеризовал его как «очень красивый эксперимент».

Источник: boltai.nauka.com.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Источник

Как спасти кота шредингера

В 1935 году австрийский физик Эдвин Шредингер предложил мысленный эксперимент с целью продемонстрировать всю абсурдность квантовой механики. Участником мысленного эксперимента стал кот Шредингера, которого вместе с радиоактивным веществом и специальным механизмом, открывающим колбу с ядом, помещают в закрытый ящик.
В случае распада радиоактивного атома — а это может произойти в любой момент времени, но когда точно неизвестно — механизм откроет емкость с ядом и кот погибнет. Но узнать, распался ли радиоактивный атом или нет, можно только заглянув в коробку. До этого момента, согласно принципам квантовой физики, кот одновременно и жив, и мертв. Это состояние известно как «квантовая суперпозиция» — совокупность всех состояний, в которых может одновременно находиться кот. Но можно ли как-то спасти несчастное животное? Физики полагают, что да.

Принято считать, что кот Шредингера может находиться одновременно в двух состояниях, но исследователи из Йельского университета полагают, что кот может быть не только мертвым или живым, но что его можно спасти от гибели. Все дело в обнаруженном предупреждающем знаке для квантовых переходов, которые когда-то считались мгновенными и непредсказуемыми. В результате, судьба кота Шредингера может быть не только предсказана заранее, но даже обращена вспять! Несмотря на то что знаменитый кот Шредингера — мысленный эксперимент, в нем заключена ключевая загадка квантовой теории.

Основное предположение квантовой механики заключается в том, что в мельчайших масштабах свойства атомов квантованы, что означает, что частицы принимают дискретные, а не непрерывные состояния. Например, электрон может находиться в низкоэнергетическом состоянии, но если добавить немного больше энергии, он не будет медленно переходить в новое высокоэнергетическое состояние. Скорее, в новое состояние он перейдет непредсказуемо. Более того, если не наблюдать за ним, то атом может принимать промежуточные состояния — он будет находиться в обоих состояниях одновременно, а затем, как только вы его заметите, сразу же перейдет в одно состояние или в другое.
Однако эксперимент, проведенный в прошлом году, похоже, усложняет некоторые из основных идей квантовой теории. Согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Nature, физикам удалось предсказать вид атомного поведения, называемый квантовым скачком, и даже обратить скачок вспять. Эксперимент оказался возможным на искусственном атоме в лабораторных условиях.

Необходимо отметить, что подобные исследования поднимают более серьезные вопросы о природе физики и могут иметь важные последствия для совершенствования квантовых компьютеров, работа которых полагается на правила квантовой механики.

Как предсказать квантовый скачок?

Искусственные атомы называют кубитами. Они применяются в качестве основных единиц информации в квантовом компьютере. При каждом измерении кубита он выполняет квантовый скачок, но эти скачки непредсказуемы, а все попытки построить квантовые вычисления крайне проблематичны. В попытках спасти кота Шредингера, команда из Йельского университета разработала эксперимент для косвенного наблюдения сверхпроводящего кубита.
Для проведения эксперимента ученые подготовили специальную установку, включающую три микроволновых генератора для облучения кубита, которые находились в герметичном трехмерном корпусе из алюминия. В ходе исследования физики использовали два специально настроенных микроволновых сигнала. Один луч микроволнового света давал энергию для квантового скачка, а другой позволял ученым следить за ситуацией. Обнаружить квантовые скачки удалось когда «атом» возбуждался или терял энергию. Как пишет The Guardian, исследователи считают, что «квантовые скачки» — это не столько резкие скачки между энергетическими уровнями атомов, но постепенные переходы, больше похожие на скольжение.

Отмечу, что в обычных атомах «состояния» представлены расположением электрона вокруг ядра атома, но в этом искусственном атоме состояние представлено квантованым свойством, значение которого изменяется по мере прохождения электронами ограждения короба из алюминия. Технически эта квантовая система — двухкубитный квантовый компьютер, следующий тем же принципам, что и другие квантовые системы, включая электроны вокруг атомов.
Однако, даже не смотря на потрясающие результаты, у исследователей было лишь мгновение до того, как произошел переход между состояниями. Это означает, что ученые не могут предсказать точный день и время перехода состояния атома. Но этот уровень предвидения может быть полезен для квантовых компьютеров. Технология, основанная на этом эксперименте, может позволить исследователям квантовых вычислений идентифицировать ошибки прямо по мере их возникновения.
Важно понимать, что предстоит еще много работы, прежде чем эти исследования будут интегрированы в существующие квантовые компьютеры. Другие эксперты в этой области приветствовали исследование, а профессор Влатко Ведрал из Оксфордского университета охарактеризовал его как «очень красивый эксперимент».

Источник

Найден способ «спасти» кота Шредингера

Ученые из Йельского университета в США выяснили, как спрогнозировать внезапные квантовые переходы внутри атомов и обратить их вспять. Это позволит спасти от смерти знаменитого «кота Шредингера».

Основой для научной работы стал теоретический эксперимент, описанный в 1935 году австрийским физиком Эрвином Шредингером.

Некоего кота запирают в стальной коробке вместе с «адской машиной», где заключено радиоактивное вещество. При распаде хотя бы одного атома устройство должно разбить колбу с синильной кислотой, что привело бы к гибели животного, сообщает Nature.

Следовательно, кот, если принимать во внимание принципы квантовой физики, одновременно и жив, и мертв.

Так появился термин «квантовая суперпозиция» (смешение двух состояний) – он применяется для объектов, за которыми не ведется непосредственного наблюдения.

В ходе нового исследования физики решили изучить, как «суперпозиция» совершает квантовый переход и становится одним из двух разных состояний («жив» или «мертв»).

Физик Нильс Бор полагал, что это происходит мгновенно и непредсказуемо.

Ученые провели эксперименты со сверхпроводящими кубитами – «синтетическими» атомами, которые способны находиться сразу в двух состояниях.

«Светлое» состояние участники научной работы могли наблюдать, «темное» оставалось скрытым.

Наблюдения показали – когда «светлый» атом готовился перейти в «темное» состояние, частота его вспышек резко снижалась. Данный период длился всего 45 микросекунд, но и этого хватало, чтобы зафиксировать явление и успеть его предотвратить.

Авторы сделали вывод, что квантовые переходы похожи на извержения вулканов. Их невозможно предсказать в долгосрочной перспективе, но, если наблюдать за объектом, есть шанс заметить признаки грядущей катастрофы.

Ранее сообщалось, что российские физики провели новый вид квантовой телепортации.

Источник

Физики могут спасти кота Шредингера

Исследователи выяснили, как поймать и спасти знаменитую кошку Шредингера, символ квантовой суперпозиции и непредсказуемости.

Кот Шредингера, мысленный эксперимент, который австрийский физик Эрвин Шредингер представил в 1935 году, представляет собой парадокс, который применяет концепцию суперпозиции в квантовой физике к объектам, встречающимся в повседневной жизни.

Спасение кота Шредингера

Идея состоит в том, что кот помещается в запечатанную коробку с радиоактивным источником и ядом, который сработает, если атом радиоактивного вещества распадется. Квантовая физика предполагает, что кот и жив и мертв до тех пор, пока кто-то не откроет коробку и при этом не изменит квантовое состояние.

Теперь команда физиков из Йельского университета и Университета Окленда выяснила, как поймать и спасти знаменитого кота Шредингера, предвидя его прыжки и действуя в режиме реального времени, чтобы спасти его от пресловутой гибели. Это открытие позволяет физикам установить систему раннего предупреждения о неизбежных скачках искусственных атомов, содержащих квантовую информацию.

Для крошечного объекта, такого как электрон или искусственный атом, содержащий квантовую информацию (кубит), квантовый скачок — это внезапный переход из одного его дискретного энергетического состояния в другое.

При разработке квантовых компьютеров исследователи должны иметь дело с скачками кубитов, которые являются проявлением ошибок в расчетах. Квантовые скачки были теоретизированы датским физиком Нильсом Бором сто лет назад, но не наблюдались вплоть до 1980-х годов.

Новые эксперименты впервые изучают фактическую работу квантового скачка. Результаты показывают удивительное открытие, которое противоречит установленной точке зрения Бора — скачки не являются ни резкими, ни случайными, как считалось ранее.

«Эти скачки происходят каждый раз, когда мы измеряем кубит. Известно, что квантовые скачки непредсказуемы в долгосрочной перспективе», — говорят исследователи. «Несмотря на это, мы хотели узнать, можно ли получить предварительный предупредительный сигнал о скором скачке».

Ученые использовали особый подход для косвенного мониторинга сверхпроводящего искусственного атома, когда три микроволновых генератора излучают атом, заключенный в трехмерную полость из алюминия. Метод двойного косвенного мониторинга, разработанный для сверхпроводящих цепей, позволяет исследователям наблюдать атом с беспрецедентной эффективностью.

Микроволновое излучение вызывает возбуждение искусственного атома, что приводит к квантовым скачкам. Крошечный квантовый сигнал этих скачков может быть усилен без потерь до комнатной температуры. Здесь их сигнал можно отслеживать в режиме реального времени.

Это позволило физикам увидеть внезапное отсутствие детектирующих фотонов (фотонов, испускаемых вспомогательным состоянием атома, возбуждаемого микроволнами); это крошечное отсутствие является предварительным предупреждением о квантовом скачке.

«Прекрасный эффект, демонстрируемый этим экспериментом, заключается в увеличении когерентности во время прыжка, несмотря на его наблюдения», — говорят ученые. «Вы можете использовать это, чтобы не только поймать прыжок, но и обратить его вспять».

Это важный момент. В то время как квантовые скачки кажутся дискретными и случайными в долгосрочной перспективе, изменение квантового скачка означает, что эволюция квантового состояния имеет, отчасти, детерминистский, а не случайный характер; прыжок всегда происходит таким же, предсказуемым образом из его случайной начальной точки.

«Квантовые скачки атома в некоторой степени аналогичны извержению вулкана. Они абсолютно непредсказуемы в долгосрочной перспективе. Тем не менее, при правильном мониторинге мы можем с уверенностью обнаружить заблаговременное предупреждение о надвигающейся катастрофе и действовать на нее до того, как она произошла». опубликовано econet.ru

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Источник

Ученые нашли способ «спасти» кота Шредингера

Такое дискретное случайное изменение квантового состояния в момент наблюдения за объектом называется квантовым скачком. Однако, исследователи из Йельского университета нашли способ прогнозирования и управления такими квантовыми скачками в режиме реального времени. Другими словами, этот способ поможет ученым «спасти» кота Шредингера. Более того, работоспособность нового метода управления квантовыми скачками была успешно проверена в лаборатории профессора Мишеля Деворе (Michel Devoret) экспериментальным путем.

Во время экспериментов ученые контролировали искусственный атом, находящийся в сверхпроводящем состоянии, при помощи генератора микроволнового излучения. Атом, находящийся в полости специального резонатора, освещался фотонами микроволнового излучения, которые раскачивали и измеряли его квантовое состояние, заставляя совершить квантовый скачок. Слабый отраженный сигнал от искусственного атома был усилен без потерь и шумов устройством, работающим при комнатной температуре. А постоянный мониторинг сигнала позволил ученым зарегистрировать внезапное отсутствие вторичных фотонов, что стало надежным признаком приближающегося квантового скачка, который, как оказалось позже, происходил в строго заданном «направлении», определяемом параметрами фотонов.

Ученые отмечают, что полученные ими результаты полностью противоречат общепризнанной теории, сформулированной в свое время датским физиком Нильсом Бором. Совершенные искусственным атомом управляемые квантовые скачки не являются ни спонтанными, ни случайными, они представляют собой четкое изменение одного дискретного энергетического состояния кубита (искусственного атома) на другое дискретное состояние. Отметим, что спонтанные квантовые скачки кубитов квантовых вычислительных систем являются источниками ошибок во время выполнения вычислительных операций, и возможность их контроля позволит снизить уровень возникающих ошибок или вообще избавиться от них.

Данное достижение может стать тем «двигателем», который продвинет вперед технологии управления и манипулирования квантовой информацией. А это, в свою очередь, приблизит тот момент, когда люди создадут первый универсальный квантовый компьютер, способный обрабатывать информацию со 100-проентной достоверностью.

Научный портал «Атомная энергия 2.0“ – это открытое к сотрудничеству прогрессивное цифровое СМИ с элементами управления знаниями и ценностного лидерства, ставящее своей целью решение главной проблемы фундаментальной системообразующей атомной отрасли – образования и общения широкой общественности и специалистов об инновационном развитии экологически устойчивых и полезных ядерных и радиационных наук и технологий в России и за рубежом. Мы предлагаем Вашей организации стать партнером нашего проекта и получить комплексный пакет уникальных информационных услуг.

Источник