Одним из наиболее нелогичных аспектов квантовой физики является идея о том, что квантовая система, в отличие от физической системы, управляемой повседневной физикой макроскопической вселенной, может существовать в двух состояниях одновременно, даже если эти состояния противоречат друг другу.
Это называется суперпозицией, и тогда состояния описываются как перекрывающиеся волны. Суперпозиция разрешается за счет конструктивной или деструктивной интерференции, возникающей, когда пики и впадины разных волн встречаются и усиливают или гасят друг друга, вызывая возникновение одной волны.
Это прекрасно иллюстрируется мысленным экспериментом «кот Шрёдингера», в котором гипотетический кот, изолированный от наблюдателей, одновременно жив и мертв, пока не будет проведено измерение и суперпозиция не рухнет, что приведет к разрешению единственного состояния.
Какой бы дикой ни казалась концепция суперпозиции противоречивых состояний, этот принцип и другие формы «квантовой странности» лежат в основе революции в технологии , которая включает в себя квантовые датчики , которые используют фундаментальные свойства фотонов для проведения измерений и квантовые компьютеры.
В квантовых компьютерах, например, фундаментальные единицы стандартных компьютеров, «биты», заменены «квантовыми битами» или «кубитами», которые могут существовать в суперпозиции нескольких противоречивых состояний одновременно, т. е. в состоянии кота Шрёдингера.
В новой статье , опубликованной в журнале Physics Open Ранджитом Сингхом, независимым исследователем из Москвы, Россия, и Александром Теретенковым из Математического института им. Стеклова Российской академии наук, подробно описано, как можно повысить чувствительность квантовой технологии с помощью кота Шрёдингера. состояния, которые «сжаты» для сжатия количества шума — то есть случайных, непредсказуемых и нежелательных сигналов — влияющих на измерения.
«Сжатые состояния кошки Шредингера потенциально могут быть использованы для идентификации небольших возмущений, если они связаны с возмущенной средой. Такая прецессия может быть более выгодной по сравнению с состояниями кошки Шредингера без сжатия», — говорит Сингх.
«Наши теоретические исследования открывают потенциальные способы увеличения количества фотонов в состоянии кота Шредингера, увеличения квантовой чувствительности и сохранения интерференции, присутствующей в состоянии кота Шредингера, с помощью оптической параметрической обработки».
Он добавляет, что увеличить количество фотонов в состоянии кота Шредингера сложно, но они с Теретенковым нашли механизм оптического параметрического процесса, который делает именно это. Сингх объясняет, что используемый параметрический процесс также сохраняет параметры интерференции и «сжимает шум» в квантовой системе . Уменьшение шума при увеличении количества фотонов увеличивает квантовую чувствительность.
«Исследования по использованию сжатых состояний кота Шрёдингера весьма интересны. Они начали быстро развиваться и являются многообещающими во многих аспектах современной квантовой физики и квантовых технологий», — добавляет он. «Сжатые состояния широко используются в квантовой оптике , а состояния кота Шрёдингера сейчас активно привлекают внимание учёных и технологов».
Это исследование имеет не только теоретическое значение, но и может привести к конкретным применениям в важных квантовых технологиях, в частности в квантовых сенсорах. «Наши исследования находятся на пересечении важных тенденций современной квантовой физики», — заключает Сингх.
