Ученые выяснили воздействие квантового эффекта Зенона на кота Шредингера

Вы, наверняка, не раз слышали о так называемом коте Шредингера. Это мысленный эксперимент, в котором животное из семейства кошачьих помещено внутрь коробки с неким смертоносным механизмом. «Спусковым крючком» этого механизма является атом радиоактивного элемента, который может распасться в произвольный момент времени. С точки зрения стороннего наблюдателя и законов квантовой механики кот внутри ящика находится в так называемом состоянии квантовой суперпозиции, он и жив и мертв одновременно. Но, если наблюдатель заглянет в ящик, то состояние суперпозиции моментально разрушается, и состояние системы превращается в одно из двух определенных состояний, соответствующих мертвому или живому животному.

© Washington University in St. Louis 

Теперь представьте себе, что наблюдатель очень часто заглядывает в коробку с котом, со скоростью в тысячи раз в секунду. Постоянное нарушение квантового состояния системы может приблизить или, наоборот, отсрочить роковой момент. Этот эффект замедления или ускорения называется квантовым эффектом или анти-эффектом Зенона (quantum Zeno effect), соответственно.

Квантовый эффект Зенона получил название по аналогии с парадоксом летящей стрелы, выдуманным греческим философом Зеноном. В любой момент времени летящая стрела является неподвижной, как же она тогда перемещается? Все вышесказанное верно и по отношению к атомам, квантовое состояние которых изменяется со временем.

Эффект или анти-эффект Зенона являются реальными эффектами и очень часто наблюдаются по отношению к атомам. Но как измерения некоторых параметров могут ускорить или задержать момент распада радиоактивного атома, который убьет кота Шредингера?

Ответ кроется в физике процесса измерения. Для того, чтобы получить информацию о квантовой системе требуется, чтобы эта система, пусть и на короткий промежуток времени, должна соприкоснуться с окружающей средой. Это, в свою очередь, означает, что факт проведения измерений обязательно приведет к нарушению состояния квантовой системы.

Но что произойдет, если состояние системы было нарушено, но никакая информация о системе не была передана во внешний мир? Проявились бы эффект или анти-эффект Зенона по отношению к такой системе?

Ответ на этот вопрос попыталась получить группа ученых из Вашингтонского университета, возглавляемая Кайтером Мерчем (Kater Murch). Ученые использовали для этих целей атом, выступающий в роли кубита квантовой системы, на который оказывалось воздействие методом так называемого «квазиизмерения», нового типа измерений, оказывающих влияние на атом, но не допускающий получения информации о его квантовом состоянии.

В результате экспериментов ученые выяснили, что даже квазиизмерения, при которых не производится обмена информацией, приводят к возникновению квантового эффекта Зенона. А это, в свою очередь, можно и нужно использовать при разработке новых технологий управления квантовыми системами, которые являются основными компонентами будущих квантовых компьютеров и коммуникационных систем.

По материалам портала Phys.org
Источник: dailytechinfo.org