Эксперимент с котом Шредингера. Иллюстрация Wikimedia Commons.

Физики научились уменьшать квантовую неопределенность постепенно

Считается, что изолированная квантовая система находится во всех возможных состояниях одновременно. Известным наглядным примером является мысленный эксперимент, называемый "кот Шредингера": в закрытый ящик помещены живой кот, емкость с ядовитым газом и радиоактивное ядро. Если ядро распадается, оно приводит в действие механизм, который открывает емкость с газом и тем самым убивает кота. Вероятность того, что ядро распадется за час, - 50 процентов.

Через час кот в ящике жив с вероятностью 50 процентов. С точки зрения квантовой механики, пока ящик закрыт, кот находится в двух состояниях сразу: и жив, и мертв одновременно. В тот момент, когда наблюдатель открывает ящик, система выбирает одно из состояний. Наблюдатель видит, жив кот или мертв.

Группа французских физиков из Эколь Нормаль под руководством Сержа Ароша (Serge Haroche) научились уменьшать неопределенность постепенно: грубо говоря, выяснять, жив кот или мертв, не единичным наблюдением, а серией измеренией.

Квантовая система в эксперименте Ароша представляет собой закрытый контейнер, в котором может находиться от нуля до семи фотонов, точное количество фотонов неизвестно. Сквозь ящик пропускаются отдельные атомы, которые взаимодействуют с фотонами, но не уничтожают их (все существовавшие ранее методы требовали уничтожения наблюдаемых фотонов).

Взаимодействие с фотонами отражается на частоте, с которой электроны в атоме переходят от одного состояния к другому. Измерив эту частоту при выходе атома, можно узнать количество фотонов в контейнере.

После первых нескольких измерений результаты распределяются равномерно по восьми возможным состояниям: от нуля до семи фотонов. Но если продолжать измерения, то рано или поздно какой-то результат начинает появляться чаще, показывая, что система приходит к определенному состоянию.

Ссылки по теме
- Progressive field-state collapse and quantum non-demolition photon counting – Nature, 23.08.07
- Light collapses step-by-step – PhysicsWorld, 22.08.07
- Сделан шаг к созданию квантового компьютера - Lenta.ru, 26.07.2007
- В IBM научились управлять атомными спинами - Lenta.ru, 31.03.2006
- Физики синтезировали молекулы для квантового компьютера - Lenta.ru, 05.04.2005
- В Австрии осуществили "необратимые" квантовые вычисления - Lenta.ru, 16.03.2005
- Американский физик рассчитал объем винчестера Вселенной - Lenta.ru, 04.06.2002

Сайты по теме
- Ecole Normale Superieure