Учёные из Йельского университета преподали небольшой урок квантовой магии с помощью новой версии известного мысленного эксперимента Эрвина Шрёдингера с котом, который находится в квантовой суперпозиции, то есть в двух состояниях одновременно. Это вполне обычное состояние квантовых частиц, например, фотонов. Суперпозиция сохраняется, пока не произведут измерение, после чего фотон выбирает одно из двух возможных состояний.

Сейчас физики вывели эксперимент на новый уровень. Учёные распилили воображаемого кота на две половины (Alice и Bob) и положили их в две коробки. Эксперимент провели в реальных лабораторных условиях. Роль кота Шрёдингера играли электромагнитные волны.

Во время эксперимента для электромагнитных частиц сконструировали два алюминиевых ящика — микроволновых резонатора, внутри которых фотоны могут существовать только на определённых длинах волн. Резонаторы связали между собой каналом из сверхпроводящего сапфирового чипа и алюминиевого проводника, по которому проходит электрический сигнал.

Параметры двух ящиков

Суть эксперимента в том, что в резонаторы запускали «запутанные» фотоны, то есть фотоны, связанные между собой на квантовом уровне. Физики определили, что спутанность фотонов действительно сохраняется в ящиках. То есть если в первом ящике фотон принял определённое состояние, то у связанного с ним фотона во втором ящике — противоположное состояние. Другими словами, у связанных фотонов в каждый момент времени два противоположных состояния, как у кота Шрёдингера.

«Механическим аналогом этого может быть маятник, который движется влево и вправо одновременно», — объяснил Чен Ван (Chen Wang), один из авторов научной работы.

Чтобы доказать спутанность фотонов без измерения их состояния, физики подсчитывали количество фотонов в каждом ящике, пишет New Scientist. В каждом из них иногда было чётное количество фотонов, а иногда — нечётное, но сумма всегда была чётной, что соответствует целостному состоянию кота Шрёдингера.

Таким образом, кот Шрёдингера и квантовая запутанность действительно сохраняются при разделении на две половины — это ключевой принцип в технологии создания квантовых компьютеров.

Научная работа опубликована в журнале Science (doi: 10.1126/science.aaf2941).