Можливо, існує спосіб прокрадання піку у кота Шредінгера - знаменитий котячий мислительний експеримент, який описує таємничу поведінку субатомних частинок - без постійного вбивства (гіпотетичної) тварини.
Нещасливий, уявний кіт одночасно живий і мертвий всередині коробки, або існує в суперпозиції "мертвих" і "живих" станів, подібно до того, як субатомні частинки існують в суперпозиції багатьох станів одночасно. Але заглянувши всередину коробки, змінюється стан кота, який потім стає або живим, або мертвим.
Однак, дослідження, опубліковане 1 жовтня у Новому журналі фізики, описує спосіб потенційно зазирнути до кота, не змушуючи його жити чи вмирати. Роблячи це, він сприяє розумінню вченими одного з найбільш фундаментальних парадоксів фізики.
У нашому звичайному масштабному світі, дивлячись на предмет, схоже, це не змінюється. Але досить збільшити масштаб, і це не так.
"Ми зазвичай думаємо, що ціна, яку ми платимо за пошук, - це нічого", - сказав ведучий автора дослідження Хольгер Ф. Хофманн, доцент фізики в університеті Хіросіми в Японії. "Це неправильно. Для того, щоб виглядати, у вас повинно бути світло, і світло змінює об'єкт." Це тому, що навіть один фотон світла передає енергію від об'єкта, який ви переглядаєте, або до нього.
Хофманн та Картік Патекар, які в той час були випускником магістратури університету в Хіросімі, а зараз перебувають в Індійському технологічному інституті в Бомбеї, задалися питанням, чи є спосіб шукати, не "платячи ціну". Вони приземлилися на математичну основу, яка відокремлює початкову взаємодію (дивлячись на кота) від зчитування (знаючи, жива вона чи мертва).
"Наша основна мотивація полягала в тому, щоб дуже уважно дивитися на те, як відбувається квантове вимірювання", - сказав Гофман. "І ключовим моментом є те, що ми розділяємо вимірювання на два етапи".
Роблячи це, Гофман і Патекар здатні припустити, що всі фотони, які беруть участь у початковій взаємодії, або зазивають до кота, захоплюються, не втрачаючи жодної інформації про стан кота. Тому перед читанням все, що потрібно знати про стан кота (а також про те, як дивлячись на нього, змінило його) ще доступне. Лише коли ми читаємо інформацію, ми втрачаємо її частину.
"Цікаво, що процес зчитування вибирає один з двох типів інформації і повністю стирає інший", - сказав Гофман.
Ось як вони описали свою роботу з точки зору кота Шредінгера. Скажіть, кішка все ще в коробці, але замість того, щоб заглянути всередину, щоб визначити, кішка жива чи мертва, ви встановите камеру поза коробкою, яка може якось сфотографуватися всередині неї (заради продуманого експерименту, ігноруйте той факт, що фізичні камери насправді не працюють так). Після зйомки фотоапарат має два види інформації: про те, як змінилася кішка в результаті зробленого зображення (те, що дослідники називають квантовою міткою) та чи кішка жива чи мертва після взаємодії. Жодна з цих даних ще не втрачена. І залежно від того, як ви вирішили "розвинути" образ, ви отримаєте ту чи іншу інформацію.
Подумайте про монети, - сказав Хофманн Live Science. Ви можете вибрати, чи знаєте, чи монета була перевернута, чи зараз це голови чи хвости. Але ви не можете знати обох. Більше того, якщо ви знаєте, як була змінена квантова система, і якщо ця зміна є оборотною, то можна відновити її початковий стан. (Що стосується монети, ви повернете її назад.)
"Вам завжди доводиться спочатку турбувати систему, але іноді ви можете її скасувати", - сказав Гофман. Що стосується кота, це означало б сфотографувати, але замість того, щоб розвивати його, щоб чітко бачити кішку, розвивати її таким чином, щоб повернути кішку до її мертвого та живого стану кінцівок.
Найважливіше, що вибір показання відбувається з можливістю компромісу між роздільною здатністю вимірювання та його порушенням, які точно рівні, демонструє документ. У резолюції йдеться про те, скільки інформації витягується з квантової системи, а занепокоєння стосується того, наскільки система безповоротно змінена. Іншими словами, чим більше ви знаєте про сучасний стан кота, тим більше ви безповоротно його змінили.
"Мене здивувало те, що здатність скасувати занепокоєння безпосередньо пов'язана з тим, скільки інформації ви отримуєте про спостережуване", або з фізичною величиною, яку вони вимірюють, сказав Гофман. "Математика тут досить точна".
Незважаючи на те, що попередня робота вказувала на компроміс між роздільною здатністю і порушенням квантового вимірювання, цей документ є першим, хто кількісно визначив точне співвідношення, розповів Майкл Холл, фізик-теоретик з австралійського національного університету в електронному листі Live Science.
"Наскільки я знаю, жодні попередні результати не мають форми точної рівності щодо роздільної здатності та порушення", - сказав Холл, який не брав участі в дослідженні. "Це робить підхід у роботі дуже акуратним".
