У світі фундаментальної науки сталося подія, яка може перевернути наше уявлення про квантову інженерію. Фізики з Оксфордського університету успішно провели експеримент, який раніше вважався виключно теоретичною концепцією. Вченим вперше вдалося на практиці отримати довільні суперпозиції з нерегулярних та «стиснутих» станів квантового гармонічного осцилятора.

До цього моменту подібні екзотичні комбінації існували лише в рівняннях. Практичні дослідження обмежувалися створенням звичних станів «кота Шредінгера» — наочної ілюстрації квантової суперпозиції, де об'єкт перебуває в двох станах одночасно. Оксфордська група дослідників змогла вийти за ці рамки, відкривши нову главу в квантовій механіці.

Одиничний іон як основа складної системи

Для досягнення проривного результату вчені використовували надзвичайно точну установку. У центрі експерименту опинився єдиний іон стронцію-88, поміщений у пастку Пауля. У цій системі ролі розподілилися наступним чином: внутрішні електронні рівні іона виконували функцію кубіта, а його механічні коливання виступали в ролі квантового гармонічного осцилятора.

Ключем до успіху стало заплутування руху іона з його спіновим станом. Це вдалося реалізувати завдяки нелінійним взаємодіям різного порядку, які залежали від спину частинки. Така методика дозволила керувати квантовим станом з безпрецедентною точністю.

Від'ємна ймовірність як доказ

Спеціалісти склали детальну карту станів у фазовому просторі, зафіксувавши в ній чіткий інтерференційний візерунок. Найбільш вражаючим фактом стали глибини цього візерунка, що йдуть у від'ємну область. У класичній фізиці ймовірність події не може бути від'ємною — це суперечить здоровому глузду.

Однак саме цей параметр став головним доказом того, що перед дослідниками сформувалася справжня квантова суперпозиція, а не просто сукупність звичайних ймовірностей. З'явлення від'ємних значень на карті — це «відбиток» квантової природи системи, недосяжний у класичному світі.

Від теорії до інженерії

Універсальність розробленої методики відкриває широкі горизонти для майбутніх досліджень. Технологія переноситься на будь-які системи зі спіно-осциляторним зв'язком. До числа потенційних об'єктів для застосування методу входять:

  • суперпровідні кола;
  • атоми в оптичних резонаторах;
  • наночастинки в пастках.

В результаті складні некласичні стани перетворюються з абстрактних математичних вправ на реальні інструменти квантової інженерії. На даний момент спеціалісти та теоретики продовжують роботу над кількісною оцінкою «квантовості» створених станів, щоб максимально ефективно використовувати їх у нових технологіях.