Учёные из Оксфордского университета впервые продемонстрировали квантовую суперпозицию, которая состоит только из «неклассических» элементов — то есть таких, у которых нет аналогов в классической физике.
Для этого они использовали захваченный ион. Результаты опубликованы в журнале Physical Review X.
Главные мысли за 1 минуту:
- Исследователи создали cуперпозицию из неклассических компонентов, используя захваченный ион.
- Метод позволяет формировать суперпозицию практически любой формы, изменяя параметры эксперимента.
- Работа важна для разработки устойчивых к ошибкам кубитов и изучения границы между классическим и квантовым мирами.
Что необычного в новой суперпозиции
В квантовой физике суперпозиция означает, что система может одновременно находиться в нескольких состояниях — как знаменитый кот Шрёдингера, который и жив, и мёртв. На практике это свойство уже используют в атомных часах и квантовых компьютерах, где кубиты существуют в двух состояниях сразу.
Однако в классических опытах такие суперпозиции опираются на базовые, «классические» состояния. В новом эксперименте всё иначе. Учёные собрали суперпозицию исключительно из компонентов, которые сами по себе являются квантовыми — в классическом мире они не встречаются.
Как был построен эксперимент
Команда Рагхавендры Шриниваса использовала одиночный захваченный ион. В нём объединили два типа подсистем: внутреннее состояние (оно ведёт себя как кубит, то есть может быть 0 или 1) и движение иона — квантовый гармонический осциллятор, включающий множество энергетических уровней.
Сначала физики создали взаимодействие между кубитом и разными возможными состояниями движения. Затем провели специальное квантовое измерение — оно «спроецировало» систему в заданную суперпозицию именно неклассических компонентов движения.
Что даёт новый подход
Руководитель исследования Рагхавендра Шринивас отметил: учёные получили инструмент, позволяющий «формировать суперпозицию практически любой формы». Метод позволяет точно настраивать параметры — размер, ориентацию и степень разделения компонентов. Это значит, что в одной системе захваченных ионов можно получать широкий спектр ранее недоступных квантовых состояний.
«Команда только начинает раскрывать потенциал такого подхода — как для прикладных задач, так и для фундаментального понимания квантовых состояний», — пояснил Шринивас.
Перспективы для квантовых технологий
Авторы работы считают, что такие результаты могут помочь в создании кубитов, более устойчивых к ошибкам — а это остаётся одной из главных проблем квантовых вычислений. Кроме того, новый метод даёт экспериментальную платформу для изучения границы между классическим и квантовым мирами. Пока неясно, где именно проходит эта черта, но возможность создавать «чисто квантовые» суперпозиции приближает ответ на этот вопрос.
