Как спасти кота Шрёдингера. Физики научились управлять квантовым скачком

Нет, раз надо спасать кота, тогда конечно. Разберёмся. Мы же не варвары. Но, вообще, в целом квантовая механика — это, прямо скажем, взрыв мозга. Помилуйте, как же это так — частица находится сразу и там и тут? Одновременно такая и эдакая? Немножко беременна. Абсурд. И тем не менее, хоть физики не находят себе места от досады, вынуждены признать: в микромире всё именно так. Вопреки здравому смыслу. То есть электроны, например, — вовсе не электроны, а всего лишь совокупность вероятностей того или иного их состояния и поведения.

Вообще отлично. И от чего же зависит ход событий? На этот вопрос попытались ответить два человека — Нильс Бор и Вернер Гейзенберг. В 1927 году. Они тогда вместе работали в Копенгагене, поэтому их интерпретацию теперь называют копенгагенской. И вот вам их вывод, не менее безумный, чем мир, в который они погрузились: состояние электрона зависит от того, смотрим мы на него или нет. Направили измерительный прибор — и электрон занял какое-то положение, не направили — болтается везде и сразу.

И в подтверждение даже проводили эксперимент, его потом множество раз повторяли по всему миру. Это, правда, ещё не про кота, но тоже занятно. Представьте: на столе три салфетки, только не лежат, а стоят на подставках в шеренгу. Между ними, соответственно, два промежутка. Позади небольшая доска — экран. А впереди — специальная пушка, которая стреляет электронами. На этом, собственно, заканчивается то, что легко себе представить. В общем, электрон после выстрела не проходит, как мы с вами думаем, в какую-то одну щель. И не врезается ни в одну салфетку. Ничего похожего. Он вместо этого ведёт себя как волна, которая одновременно просачивается через оба промежутка и летит не как какой-то один определённый объект, а как превеликое множество. И лишь когда вся эта бесчисленная рать сталкивается с экраном, она моментально превращается в одну точку. Так вот, экран — это такая штука, на которой электрон можно наблюдать.

Жутковато, знаете ли. Но многие светила науки нисколько не впечатлились. Альберт Эйнштейн, например, задал резонный вопрос: а что, Луна не существует, если мы на неё не смотрим?

Но самая конструктивная критика последовала от Эрвина Шрёдингера, австрийского физика. Ну наконец-то насчёт котика. Сразу пишем в титрах крупными буквами: во время эксперимента ни одно животное не пострадало. Эксперимент мысленный. Условный. Якобы берём кота, сажаем его в коробку и закрываем. Всё, мы его не видим. А коробка непростая. В ней, во-первых, бутылочка с летучим ядовитым веществом. Откроешь — быстрая мучительная смерть. Во-вторых, специальный механизм с молотком. И, в-третьих, некий кусочек радиоактивного урана. В чём тут дело: если хоть один атом этого урана распадётся, механизм сработает, молоток разобьёт бутылку — и, сами понимаете, всё. В другом варианте теста вместо яда — ружьё, которое при срабатывании механизма выстреливает. Ну неважно. Весь прикол в том, что мы с вами вообще понятия не имеем, распадётся или не распадётся. Это может случиться в любой момент, но, когда именно, неизвестно. Это непредсказуемо. По крайней мере, до сих пор было. Как извержение вулкана. Значит, по-копенгагенски, получается так, что раз мы в коробку не смотрим, то в атоме урана происходит сразу всё, что только может происходить: он одновременно и распадается, и остаётся цел и невредим. Это у них называется суперпозицией. Выходит, что и кот там ни жив ни мёртв, бедняга. Разве так может быть? Вот такой был эксперимент. Шрёдингер хотел сказать, что мы ещё не совсем поняли, в чём же именно заключается наблюдение и каким образом мы с вами влияем на поведение частиц.

Так и что же, спрашивается, смогли к этому добавить современные исследователи из Йельского университета? Оказывается, кое-что у них нашлось. Когда мы открываем коробку и смотрим туда, частицы из своей суперпозиции резко переходят в какое-нибудь понятное состояние, так? То есть они совершают квантовый скачок. Нильс Бор полагал, что это происходит мгновенно. Ан нет, оказалось, что хоть какое-то время для этого требуется.

И это ещё не всё. Учёные вместо урана взяли другие атомы, созданные человеком, — сверхпроводящие кубиты. Такие будут в квантовых компьютерах. Они могут находиться в двух состояниях: в светлом, когда их видно, и в тёмном, когда их нельзя заметить. И могут из одного в другое как-то переходить. Так вот, перед тем как потемнеть и стать невидимым, такой атом переживает свой собственный "закат": в течение 45 микросекунд он излучает намного меньше света, чем обычно. Это значок! Видим "закат" — понимаем: сейчас улетит на крыльях ночи. Это значит что? Что квантовые скачки можно предсказывать. Засечь специальным детектором. Мало того, ещё и предотвращать их теперь можно. Учёные уже и контроллер особый сделали. Он управляет состоянием атома. Как только кубит соберётся сделать что-нибудь нехорошее, устройство посылает "обращающий сигнал" — и он остаётся прежним. Так, значит, атом в той коробке без нашего ведома тоже не разрушится. Ага, надумал распадаться? Нетушки, давай-ка обратно. И кот будет жить!