Квантовый прорыв: учёные смогли удерживать атомы в квантовой суперпозиции более 23 минут

В квантовом мире существует концепция суперпозиции — квантовая частица может существовать в нескольких состояниях одновременно. Однако эти тонкие состояния, как известно, очень хрупки и часто распадаются на одно, определённое состояние в течение всего лишь доли секунды. Однако недавний прорыв раздвинул границы квантовой стабильности, достигнув рекордной продолжительности жизни в 23 минуты для особого типа суперпозиции, известного как «кошачье состояние».

Это отсылка к знаменитому мысленному эксперименту Шрёдингера, в котором кошку помещают в ящик с устройством, способным убить её, причём состояние устройства зависит от квантовых процессов. Пока коробку не откроют, кошка одновременно жива и мертва — это суперпозиция двух состояний. В квантовой механике кошачьи состояния проявляются, когда квантовый объект, такой как атом или фотон, существует в нескольких состояниях одновременно, что противоречит классической интуиции.

Хотя исследователи уже создавали кошачьи состояния в лабораториях, эти состояния были мимолётными и быстро поддавались разрушительному влиянию окружающей среды. Однако команде под руководством Чжэн-Тянь Лу из Китайского университета науки и технологий удалось значительно продлить срок жизни такого состояния. Они добились этого, манипулируя облаком из 10 000 атомов иттербия, охлаждённых почти до абсолютного нуля и захваченных лазерным излучением. Тщательно контролируя квантовые состояния атомов, исследователи смогли создать суперпозицию, в которой каждый атом существовал в двух различных спиновых состояниях одновременно.

Обычно такая тонкая суперпозиция разрушается за миллисекунды из-за взаимодействия с окружающей средой. Однако точное управление лазером позволило исследователям оградить атомы от внешних возмущений, благодаря чему кошачье состояние сохранялось в течение поразительных 1400 секунд. Этот прорыв представляет собой значительную веху в квантовой физике, открывающую новые возможности для квантовых технологий и фундаментальных исследований.

Долгоживущее кошачье состояние имеет глубокие последствия для квантового зондирования и метрологии. Его чувствительность к внешним возмущениям делает его идеальным инструментом для обнаружения тонких изменений в магнитных полях, гравитационных силах и других физических величинах. Измеряя влияние этих возмущений на кошачье состояние, исследователи могут прозондировать фундаментальную природу квантовой механики и изучить новые квантовые явления.