НОВЫЕ ВЗГЛЯДЫ НА КВАНТОВЫЕ СКАЧКИ БРОСАЮТ ВЫЗОВ ОСНОВНЫМ ПРИНЦИПАМ ФИЗИКИ

Квантовая механика, теория, описывающая физику Вселенной в очень малых масштабах, печально известна тем, что бросает вызов здравому смыслу. Рассмотрим, например, то, как стандартные интерпретации теории предполагают, что изменения происходят в квантовой сфере: переходы из одного состояния в другое предположительно происходят непредсказуемо и мгновенно. Другими словами, если бы события в нашем привычном мире разворачивались подобно событиям внутри атомов, мы ожидали бы, что тесто станет полностью испеченным пирогом, не проходя через какие-либо промежуточные стадии. Повседневный опыт, конечно, говорит нам, что это не так, но для менее доступной микроскопической области истинная природа таких “квантовых скачков” была главной нерешенной проблемой в физике.

Новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Research, моделирует постепенную эволюцию квантовых скачков от колыбели к могиле-от начального низкоэнергетического состояния системы, известного как основное состояние, затем второе, где она имеет более высокую энергию, называемое возбужденным состоянием, и, наконец, переход обратно в основное состояние. Это моделирование показывает, что предсказуемые,” уловимые " квантовые скачки должны иметь неуловимый аналог, говорит автор Кирилл Снежко, постдокторант-исследователь, ныне работающий в Технологическом институте Карлсруэ в Германии, который ранее работал в Институте Вейцмана в Израиле, где проводилось исследование.

Такое поведение проявилось в результатах Йельского эксперимента. Ученые, стоявшие за этой работой, называли такие уловимые прыжки "островками предсказуемости в море неопределенности".” Рикардо Гутьеррес-Хауреги, аспирант Колумбийского университета и один из авторов соответствующего исследования, отмечает, что “красота этой работы заключалась в том, чтобы показать, что в отсутствие щелчков система следовала заранее заданному пути, чтобы достичь возбужденного состояния за короткое, но ненулевое время. Однако у устройства все еще есть шанс "щелкнуть", когда система переходит по этому пути, тем самым прерывая его переход.”

Златко Минев, исследователь исследовательского центра IBM Thomas J. Watson Research Center и ведущий автор более раннего Йельского исследования, отмечает, что новая теоретическая статья “выводит очень красивую, простую модель и объяснение феномена квантового скачка в контексте кубита как функции параметров эксперимента.” Взятые вместе с экспериментом в Йельском университете, результаты “показывают, что в истории дискретногоНесс, случайность и предсказуемость в квантовой механике, чем обычно думают.” В частности, удивительно тонкое поведение квантовых скачков—то, как можно предсказать скачок из основного состояния в возбужденное,—предполагает степень предсказуемости, присущую квантовому миру, которая никогда прежде не наблюдалась. Некоторые даже сочли бы его запретным, если бы он уже не был подтвержден экспериментально. Когда Минев впервые обсуждал возможность предсказуемых квантовых скачков с другими членами своей группы, его коллега ответил ему криком: "если это правда, то квантовая физика сломана!”

“В конце концов, наш эксперимент сработал, и из него можно сделать вывод, что квантовые скачки случайны и дискретны”, - говорит Минев. - И все же на более тонкой временной шкале их эволюция последовательна и непрерывна. Эти две, казалось бы, противоположные точки зрения сосуществуют.”

Между тем прогнозы исследования могут быть проверены в ближайшее время. По словам Сержа Розенблюма, исследователя из Института Вейцмана, который не участвовал ни в одном из этих исследований, эти эффекты можно наблюдать с помощью современных сверхпроводящих квантовых систем и занимают первое место в списке экспериментов для новой лаборатории Института кубитов. “Для меня было совершенно удивительно, что обманчиво простая система, такая как один кубит, все еще может скрывать такие сюрпризы, когда мы измеряем ее”, - добавляет он.

Впрочем, тайна может не просто исчезнуть. Как говорит Снежко, " я не думаю, что проблема квантовых скачков будет решена полностью в ближайшее время; она слишком глубоко укоренилась в квантовой теории. Но, играя с различными измерениями и прыжками, мы можем наткнуться на что-то практически полезное.”

Список литературы:

1. Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Крючков Ю.Ю. Физика. Ч. 3. Оптика. Квантовая физика: учебное пособие для технических университетов. – Томск: Изд-во Томского ун-та, 2004. – 738 с.