Прорыв в квантовой физике: «Кот Шредингера» прожил в квантовом состоянии рекордные 23 минуты

Исследователи Китайского университета науки и технологий создали долгоживущее состояние кота Шредингера, стимулируя квантовую метрологию и точные измерения. Этот прорыв открывает новые возможности для квантовых вычислений и фундаментальной физики и значительно повышает чувствительность квантовых метрологических измерений.

Исследовательская группа под руководством профессора Чжэнтяня Лу и исследователя Тянь Ся из Китайского университета науки и технологий (USTC) успешно создала квантовое состояние со временем жизни в масштабе нескольких минут с помощью оптической ловушки холодных атомов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Photonics.

В квантовой метрологии спин частиц служит мощным инструментом для измерения магнитных полей, инерции и различных физических явлений. Он также способен открыть новую физику за пределами Стандартной модели. Высокоспиновое состояние «кота Шредингера», представляющее собой суперпозицию двух максимально противоположных спиновых состояний, дает уникальные преимущества для прецизионных спиновых измерений.

Высокое спиновое квантовое число усиливает сигнал частоты прецессии, улучшая разрешение измерений. Кроме того, состояния кота проявляют устойчивость к определенным возмущениям окружающей среды, снижая шум измерений. Однако ключевой проблемой в экспериментальных приложениях является поддержание длительного времени когерентности, что имеет решающее значение для практического использования состояний кота в точных измерениях.

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа сначала поймала в ловушку атомы 173Yb со спином 5/2 в оптической решетке. Управляя лазерными импульсами, чтобы вызвать нелинейный сдвиг света в основных состояниях атомов, они успешно подготовили суперпозиционное состояние, состоящее из двух проекций спинов, +5/2 и -5/2.

Это состояние, а именно состояние кота Шредингера, демонстрирует повышенную чувствительность к магнитному полю и испытывает идентичные световые сдвиги в оптической решетке, находясь в подпространстве без декогеренции. Поэтому оно невосприимчиво к шуму интенсивности и пространственным вариациям решетки.

Экспериментальные результаты показали, что время когерентности этого состояния кошки превышает 20 минут. Используя интерферометрию Рэмси, исследователи подтвердили, что чувствительность измерения фазы приближается к пределу Гейзенберга. Долгоживущее состояние кота Шредингера открывает новый путь для атомной магнитометрии, квантовых вычислений и изучения новой физики за пределами стандартной модели.

Как бы люди старались, они не могут узнать завтрашний день. И физики понятия не имеют, почему. В надежде обнаружить источник «реки времени» физики из Университета Суррея Томас Гафф, Чинталпати Умашанкар Шастри и Андреа Рокко искали признаки ее существования в эквиваленте горячей квантовой «ванны» под бесконечным пространством вечности.