Состояния кота Шредингера существуют в двух различных квантовых состояниях одновременно и получили свое название от знаменитого мысленного эксперимента Эрвина Шредингера о коте, который одновременно и жив, и мертв.

Однако для достижения этих состояний квантовые объекты обычно приходится охлаждать до их основного состояния, которое существует всего на несколько долей выше абсолютного нуля (минус 459,67 градуса по Фаренгейту или минус 273,15 градуса по Цельсию).

Но теперь команда ученых показала, что состояние квантовой суперпозиции может быть достигнуто при значительно более теплых температурах, чем раньше. Свои выводы исследователи опубликовали 4 апреля в журнале Science Advances.

«Шредингер в своем мысленном эксперименте также предполагал живую — то есть «горячую» — кошку», — сказал соавтор исследования Герхард Кирхмайр, физик из Университета Инсбрука в Австрии, в своем заявлении. Мы хотели узнать, могут ли эти квантовые эффекты также возникать, если мы не начинаем с «холодного» основного состояния».

В мысленном эксперименте Шредингера странные правила квантового мира можно представить себе в виде кошки, помещенной в непрозрачную коробку с пузырьком яда, механизм выделения которого контролируется радиоактивным распадом — совершенно случайным квантовым процессом. По словам Шредингера, пока коробка не будет открыта и за кошкой не начнут наблюдать, по правилам квантовой механики несчастная кошка должна существовать в суперпозиции состояний, одновременно мертвая и живая.

Поскольку большинство квантовых эффектов обычно распадаются и исчезают в больших масштабах, аналогия Шредингера должна была продемонстрировать фундаментальные различия между нашим миром и миром очень малых величин.

Обычно квантовые состояния такого рода могут быть достигнуты только при очень низких температурах. Это означает, что квантовые биты, используемые в квантовых компьютерах, должны храниться в очень холодных криостатах, чтобы они не распались и не потеряли свою информацию.

Однако жестких границ между квантовой сферой и нами не существует, и физики уже не раз успешно убеждали большие объекты продемонстрировать странное квантовое поведение.

Исходя из этого, физики, участвовавшие в новом исследовании, поместили квит внутри микроволнового резонатора. После нескольких тщательных настроек они привели квиты в состояние суперпозиции при температуре 1,8 кельвина (минус 456,43 градуса по Цельсию или минус 271,35 градуса по Цельсию). Это все еще очень прохладная температура, но она в 60 раз горячее, чем температура окружающей среды в полости.

«Многие наши коллеги были удивлены, когда мы впервые рассказали им о наших результатах, потому что мы обычно думаем о температуре как о чем-то, что разрушает квантовые эффекты», — сказал в своем заявлении соавтор исследования Томас Агрениус, докторант Института фотонных наук в Барселоне. «Наши измерения подтверждают, что квантовая интерференция может сохраняться даже при высоких температурах».

Хотя выводы ученых, вероятно, слишком незначительны, чтобы оказать немедленное практическое влияние, они могут в один прекрасный день освободить квантовые вычисления от необходимости хранить компьютеры в чрезвычайно холодной среде — особенно если исследователи смогут и дальше повышать температуру, при которой можно достичь суперпозиции.

«Наша работа показывает, что квантовые явления можно наблюдать и использовать даже в менее идеальных, более теплых условиях», — говорит Кирхмайр. «Если мы можем создать необходимые взаимодействия в системе, то температура в конечном итоге не имеет значения».

Ученые создали состояние «кота Шредингера» при температуре, значительно превышающей абсолютный ноль, что открывает новые перспективы для квантовых вычислений. Эксперимент, проведенный физиками, продемонстрировал возможность достижения квантовой суперпозиции при температуре 1,8 кельвина, что в 60 раз выше температуры окружающей среды в используемой установке. Этот прорыв может потенциально упростить создание и эксплуатацию квантовых компьютеров, устранив необходимость в экстремально низких температурах.

Исследователи поместили кубит в микроволновый резонатор и, благодаря точной настройке, смогли создать состояние суперпозиции. Результаты исследования подтверждают, что квантовая интерференция может сохраняться даже при относительно высоких температурах, что противоречит традиционным представлениям о разрушающем воздействии тепла на квантовые эффекты.

Несмотря на то, что практическое применение открытия пока ограничено, оно открывает путь к разработке квантовых компьютеров, работающих при менее экстремальных условиях. Дальнейшие исследования, направленные на повышение температуры, при которой возможно достижение суперпозиции, могут привести к созданию более доступных и простых в использовании квантовых вычислительных систем.

Ученые подчеркивают, что при наличии необходимых взаимодействий в системе температура перестает быть определяющим фактором для квантовых явлений. Это означает, что квантовые технологии могут быть адаптированы для работы в более широком диапазоне температур, что значительно расширяет возможности их применения.