Kot Schrödingera można uratować, nawet nie zaglądając do szuflady

Naukowcy wykorzystali sztuczny atom, aby pokazać możliwość zapisywania kota Schrödingera w żywej stanie w ciągu nieokreślonego okresu, a także przyspieszenia ofensywy jego śmierci. Dla tego i tego nawet nie trzeba zaglądać do szuflady, w której ten sam kot zazwyczaj siedzi (lub nie siedzi). Korzystanie z klasycznych analogie takie jak ta może wydawać się to do uproszczenia lub dziwności, ale dla nauki jest to bardzo ważne. Pokazują one, jak rzeczywistość nabywa na podstawowym poziomie, i może prowadzić do powstania najlepszych narzędzi, które fizyki wykorzystywane w inżynierii kwantowej.

Naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtona w St. Louis postanowił dowiedzieć się, czy w ogóle zbierać informacje z systemu quantum — lub, mówiąc prościej, patrzeć na cząstkę — by wpłynąć na jej zachowanie. Może "тормошения" wystarczy?

Uwaga, spoiler: okazało się, że oglądać nie musi.

Trochę historii: kot, skrzynia i efekty Zenona

Jeśli ktoś nie wie, co to za kot Schrödingera, przypomnijmy legendę. Zgodnie z Kopenhaskiej interpretacji mechaniki kwantowej, obiekt fizyczny (jak atomu) nie ma pewnych właściwości, dopóki nie prowadzimy jego pomiaru. W odpowiedzi na to fizyk Erwin Schrödinger zaproponował eksperyment myślowy. Przypuszcza się, że jeśli taka interpretacja jest prawdziwa, możemy umieścić substancji radioaktywnych w mały pojemnik obok z licznikiem Geigera, połączyć licznik z młotkiem i umieścić młot nad kapsułki z kwasem, aby ten zmiażdżył ją w momencie rozpadu atomu.

Jeśli to wszystko wsadzić w pudełko z kotem, nie jesteśmy w stanie zmierzyć właściwości atomu, bo, jak wiemy, atom jednocześnie rozpadł się i nie rozpadł się (na to i полураспад). W konsekwencji, kot będzie żywy i martwy jednocześnie, dopóki nie zajrzymy do środka.

Jest Taka legenda. Ale ma podwójne dno.

W 1974 roku naukowcy zastanawiali się: zależy czy czas życia niestabilny systemu z urządzenia pomiarowego?

Ten paradoks stał się znany jako kwantowy efekt Zenona: co się stanie, jeśli będziemy stale obserwować niestabilne atomem? Rozpadnie się, czy on jest?

Zgodnie z efektu Zenona, przy stałej obserwacji nigdy nie wyda ostatni ani jednej cząstki promieniowania. W 1989 roku było to po raz pierwszy wykazano w eksperymencie, przeprowadzonym przez Narodowy instytut standardów i technologii USA, i dziwna hipoteza stała się dziwną rzeczywistością.

Już za dziesięć lat, został zaproponowany odwrotny efekt Zenona — efekt Антизенона. Te pliki najczęściej mają wymiar promieniotwórczy jądra atomowego może przyspieszyć rozpad, w zależności od procesu.

Pozostało tylko zrozumieć, co to jest "pomiar".

Aby zmierzyć coś radioaktywnego atomu, przeprowadzić nadzór nad nim i odczytać jego parametry i właściwości, z nim trzeba się jakoś komunikować się, aby informacja wyszła na jaw w jakiejś postaci. W trakcie tego wiele możliwości atomu схлопываются w jeden wynik, który widzimy. Ale czy jest to схлопывание przyczyną efektu Zenona? Lub czy można przyspieszyć lub spowolnić rozpad atomu, nie powodując jego схлопыванию w absolutną stan?

Zenon przeciwko Антизенона

Wszystko to prowadzi nas z powrotem do eksperymentu przeprowadzonego przez Вашингтонским uniwersytetem.

Aby sprawdzić, czy przekazywanie informacji podnosić efekt Zenona lub Антизенона, naukowcy wykorzystali urządzenie, które w dużej mierze zachowuje się jak atom z mnóstwem energii stanów.

Ten "sztuczny atom" mógł badać hipotezę, jak stan energii — elektromagnetyczne mody — mogą wpływać na te efekty.

"Szybkość rozpadu atomowego zależy od gęstości możliwych stanów energetycznych, lub elektromagnetycznych mod, przy zadanej energii", mówi badacz Кейтер Wpływach. "Aby atom rozpadł się, musi emitować foton w jednym z tych modów. Więcej mody — znaczy więcej sposobów rozpadu, więc szybciej rozpad".

Dokładnie tak samo mniej mod oznacza mniej opcji do rozpadu, co tłumaczy, dlaczego atomowy garnek pod stałym nadzorem nigdy nie ugotować ją. Gadżety i jego drużyna potrafili manipulować liczbą mody w swoim sztucznym atomie, przed użyciem standardowych pomiarów, sprawdzając jego stan każdą chwilę i przyspieszając lub spowalniając go "rozpad".

"pomiary Te stanowią pierwszą obserwację dwóch efektów Zenona w jednej kwantowej systemie", mówi Wpływach.

Aby upewnić się, że to właśnie obserwacja lub interwencji okazało się kluczowym, naukowcy zrobili tak zwane квазиизмерение, która tworzy zakłócenia, nie prowadząc do załamania stanu atomowego. Jaki będzie wynik, nie wiedział nikt.

"Ale zbierane całymi dniami dane zgodnie pokazywali, że квазиизмерения doprowadziły do efektów Zenona tak samo, jak zwykłe miary", mówi Wpływach.

Dlatego właśnie zaburzenia w procesie pomiaru, a nie sam pomiar bezpośredni prowadzi do pojawienia się efektów Zenona i Антизенона.

Wiedząc to, możemy zastosować nowe metody zarządzania systemami quantum z wykorzystaniem dynamiki Zenona.

Co to oznacza dla biednego kota Schrödingera.

"Efekt Zenona mówi, że jeśli sprawdzimy kota, możemy zresetujemy go zegar rozpadu atomu i zachowamy życie kotu", mówi naukowiec Patrick Harrington. "Ale sztuczka polega na tym, że efekty Zenona związane z naruszeniem zasad, a nie z informacji, a więc nawet nie trzeba zaglądać do szuflady, aby je wywołać. Te same efekty będą mieć miejsce, jeśli po prostu wstrząsnąćpudełko".