Ученые из Венского университета создали прибор, достаточно чувствительный для прямого наблюдения за квантовым взаимодействием между наночастицей, ее световой клеткой и стенками фотонного кристалла. В будущем устройство позволит увидеть кота Шредингера, который существует в состоянии квантовой суперпозиции, невооруженным глазом. Работа физиков опубликована в онлайн-библиотеке arХiv.org.
Мысленный эксперимент с котом, придуманный Эрвином Шредингером, уже давно стал объектом многочисленных экспериментов по исследованию квантовой суперпозиции.
Ученый хотел показать неполноту квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим. В закрытый ящик помещаются кот и механизм, открывающий емкость с ядом в случае распада радиоактивного атома. Вероятность распада за час — 50%, то есть вероятность того, что кот выживет или умрет, составляет 50%. В соответствии с принципами квантовой механики получается, что кот, сидящий в ящике, и жив, и мертв одновременно.
Осуществить такой эксперимент в реальности непросто, и ученые много лет пытаются создать кота Шредингера, который можно увидеть невооруженным глазом.
Исследователи из Венского университета попытались создать своеобразную клетку для кота, поймав молекулы в оптические щипцы. Обычно такие щипцы захватывают отдельные молекулы или атомы и удерживают их на месте несколькими лучами света, сталкивающимися внутри фотонного кристалла.
Однако у стандартных щипцов есть проблема — они не позволяют установить точное положение молекулы внутри ловушки и определить ее состояние, а значит, и не позволяют увидеть ее.
Физики частично решили эту проблему, разместив «кота» не внутри, а снаружи ловушки, недалеко от луча лазера. Это позволило повысить точность обнаружения частицы в два раза.
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».