В мире фундаментальной науки произошло событие, которое может перевернуть наше представление о квантовой инженерии. Физики из Оксфордского университета успешно провели эксперимент, ранее считавшийся исключительно теоретической концепцией. Ученым впервые удалось на практике получить произвольные суперпозиции из нерегулярных и «сжатых» состояний квантового гармонического осциллятора.

До этого момента подобные экзотические комбинации существовали лишь в уравнениях. Практические исследования ограничивались созданием привычных состояний «кота Шредингера» — наглядной иллюстрации квантовой суперпозиции, где объект находится в двух состояниях одновременно. Оксфордская группа исследователей смогла выйти за эти рамки, открыв новую главу в квантовой механике.

Одинокий ион как основа сложной системы

Для достижения прорывного результата ученые использовали предельно точную установку. В центре эксперимента оказался единственный ион стронция-88, помещенный в ловушку Пауля. В этой системе роли распределились следующим образом: внутренние электронные уровни иона выполняли функцию кубита, а его механические колебания выступали в роли квантового гармонического осциллятора.

Ключом к успеху стало запутывание движения иона с его спиновым состоянием. Это удалось реализовать благодаря нелинейным взаимодействиям различного порядка, которые зависели от спина частицы. Такая методика позволила управлять квантовым состоянием с беспрецедентной точностью.

Отрицательная вероятность как доказательство

Специалисты составили детальную карту состояний в фазовом пространстве, зафиксировав в ней четкий интерференционный узор. Наиболее поразительным фактом стали глубины этого узора, уходящие в отрицательную область. В классической физике вероятность события не может быть отрицательной — это противоречит здравому смыслу.

Однако именно этот параметр стал главным доказательством того, что перед исследователями сформировалась истинная квантовая суперпозиция, а не просто совокупность обычных вероятностей. Появление отрицательных значений на карте — это «отпечаток» квантовой природы системы, недостижимый в классическом мире.

От теории к инженерии

Универсальность разработанной методики открывает широкие горизонты для будущих исследований. Технология переносится на любые системы со спин-осцилляторной связью. В число потенциальных объектов для применения метода входят:

  • сверхпроводящие цепи;
  • атомы в оптических резонаторах;
  • наночастицы в ловушках.

В результате сложные неклассические состояния превращаются из абстрактных математических упражнений в реальные инструменты квантовой инженерии. На данный момент специалисты и теоретики продолжают работу над количественной оценкой «квантовости» созданных состояний, чтобы максимально эффективно использовать их в новых технологиях.