Учёные создали новый тип квантовой суперпозиции, состоящий исключительно из «неклассических» компонентов. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review X.
Суперпозиция в квантовой физике описывает состояние, при котором система одновременно находится в нескольких квантовых состояниях. Этот принцип считается одним из наиболее контринтуитивных аспектов квантовой механики и наглядно иллюстрируется мысленным экспериментом с «котом Шрёдингера», который до момента наблюдения одновременно считается и живым, и мёртвым. На практике суперпозиция лежит в основе атомных часов и квантовых вычислений, где квантовые биты могут одновременно находиться в состояниях 0 и 1.
В новом исследовании учёные описали особую категорию суперпозиции, сформированную только из компонентов, которые сами по себе являются квантовыми и не имеют классического аналога. Для реализации эксперимента они использовали захваченный ион, объединяющий 2 различных квантовых подсистемных уровня: внутреннее состояние, ведущее себя как кубит, и движение, описываемое как квантовый гармонический осциллятор с множеством возможных энергетических уровней.
Исследователи сначала индуцировали взаимодействие между внутренним состоянием и возможными состояниями движения иона, после чего провели квантовую измерительную процедуру, которая проецировала систему в заданную суперпозицию неклассических компонентов движения. Руководитель исследования Рагхавендра Шринивас из Оксфордского университета отметил, что учёные получили инструмент, позволяющий «формировать суперпозицию практически любой формы». Точная настройка экспериментальных параметров даёт возможность изменять размер, ориентацию и степень разделения компонентов суперпозиции, создавая широкий спектр ранее недоступных квантовых состояний.
Авторы работы указывают, что полученные результаты могут быть важны для разработки более устойчивых к ошибкам кубитов — одной из ключевых проблем квантовых вычислений. Кроме того, исследование формирует экспериментальную платформу для изучения границы между классическим и квантовым мирами.
