Устройство, созданное швейцарскими физиками из университета Базеля, условно являет собой обратную версию так называемого «ящика» кота Шредингера. В нем работой квантовой системы управляет полностью механический прибор. По словам разработчиков, эта модель приближает человечество к созданию квантового компьютера, скорость работы которого в тысячи раз выше, чем у традиционных моделей.

Напомним, в 1935 году австрийский физик Эрвин Шредингер разработал идею мысленного эксперимента, в соответствии с правилами которого в закрытый ящик помещаются кот и механизм, который при распаде радиоактивного атома открывает емкость с ядом. Это может либо произойти, либо не произойти, за счет чего кот в рамках принципов квантовой физики считается и живым, и мертвым одновременно.

Эксперимент Шредингера ввел в науку термин «квантовая запутанность». На практике подобный эксперимент вряд ли можно провести, так как работа квантовой системы ящика Шредингера будет зависеть и от гравитационного замедления времени, и от особенностей реализации механической части, и от целого ряда других факторов.

Однако швейцарским физикам под руководством Патрика Малетинского (Patrick Maletinsky) удалось совершить прорыв, который серьезно приблизил научное сообщество к моменту реализации подобного эксперимента. Они решили идти от обратного и управлять работой квантовой системы напрямую, используя её механический компонент. За счет такого подхода физики смогли избавиться от ложных срабатываний и других побочных эффектов.

Ящик кота Шредингера в версии базельских физиков включает микроскопический алмаз, внутри которого имеются особые дефекты (в них находятся «запутанные» электроны). Алмаз прикреплен к механическому резонатору. Подобрав частоту и силу колебаний, ученые установили, что состояние «запутанных» электронов зависит от направления механического напряжения внутри резонатора. Это обеспечило возможность безошибочного изменения и определения состояния электронов в любой момент времени – для этого физики использовали особый микроскоп и анализировали магнитное поле. Кроме того, конструкция защищает электроны от декогеренции – потери запутанного состояния.

Авторы исследования отмечают, что в рамках исследования они не только проверили эксперимент великого ученого, но и обнаружили множество других практических применений для ящика кота Шредингера. В частности, на основе подобных дефектных алмазов можно будет создать квантовую память и квантовые компьютеры, а также научные приборы и сверхчувствительные датчики.