Физики из Оксфордского университета разработали метод, который позволяет создавать новый тип квантовой суперпозиции – состояния, в котором объект одновременно находится в нескольких положениях, как знаменитый кот Шрёдингера. Открытие может ускорить разработку квантовых компьютеров, усовершенствовать сенсорные технологии и дать новое понимание фундаментальных законов физики.
Суперпозиция – одно из ключевых явлений квантовой механики. Учёные уже умеют переводить в это состояние атомы или частицы света, что лежит в основе работы квантовых компьютеров. Обычно для этого используют так называемые когерентные состояния, которые считаются наиболее близким квантовым аналогом классического движения.
Команда из Оксфорда пошла другим путём. В эксперименте использовали одиночный ион, захваченный в электромагнитную ловушку. В такой системе внутреннее состояние иона ведёт себя как кубит, а его колебательное движение – как квантовый гармонический осциллятор, способный занимать множество энергетических уровней. Исследователям удалось создать суперпозицию не из квазиклассических компонентов, а из состояний, которые сами по себе уже являются сугубо неклассическими, например, из «сжатых состояний», где квантовая неопределённость распределена особым образом.
Методика позволила физикам с высокой точностью управлять параметрами создаваемого состояния: они могут менять размер, ориентацию и расстояние между компонентами суперпозиции, фактически «лепя» её нужным образом. Анализ получившихся состояний выявил интерференционные картины и так называемую отрицательность Вигнера – явные признаки того, что эти состояния нельзя описать классическими моделями.
Новый подход открывает путь к квантовым технологиям, которые опираются на более сложные квантовые осцилляторы, а не только на простые кубиты. Такие системы могут быть более устойчивы к ошибкам и поддерживать эффективные алгоритмы их исправления. Кроме того, они служат новой платформой для изучения одного из главных вопросов физики: где пролегает граница между привычным нам классическим миром и квантовой реальностью, которая им управляет.
