Квантовый эффект Зенона спасает кота Шрёдингера

Вы, конечно, слышали о незавидной судьбе кота Шрёдингера — запертого в ящике бедного животного, жизнь которого зависит от того, произойдёт ли распад радиоактивного элемента, находящегося в том же ящике, или нет. Но знаете ли вы, что повлиять на его судьбе можно при помощи квантового эффекта Зенона?

© Washington University in St. Louis
© Washington University in St. Louis

Идея мысленного эксперимента с котом Шрёдингера заключается в том, что для внешнего наблюдателя квантовые объекты могут находиться одновременно в двух и более состояниях — в случае кота это «живой кот» и «мёртвый кот». Однако стоит нам «посмотреть» на квантовый объект, как он тут же оказывается в каком-то одном их этих состояний.

Почему так происходит? Потому что в квантовом мире невозможно что-то узнать об объекте, не возмутив его достаточно сильно. Как только вы пытаетесь взглянуть на него, используя, например, частицы света — фотоны, так сразу же вступаете с ним во взаимодействие и таким образом меняете его состояние.

Эта возможность влиять на объект, просто посмотрев на него — или, как говорят учёные, проведя измерение — лежит в основе квантового эффекта Зенона. Зенон — это древнегреческий философ, который сформулировал парадокс летящей стрелы: если мы посмотрим на стрелу в любой момент времени, то увидим её в конкретной точке пространства, чем же летящая стрела тогда отличается от стрелы покоящейся?

Квантовый эффект Зенона заключается в том, что если мы будем с высокой частотой проводить измерения квантового объекта — например, открывать ящик с котом Шрёдингера по 1000 раз в секунду — то мы можем существенно повлиять на то, как этот объект будет изменяться с течением времени. Наши подглядывания за котом могут отдалить или приблизить момент его смерти.

В реальных экспериментах роль кота Шрёдингера из мысленного эксперимента выполняют кубиты — квантовые объекты, например, атомы, которые могут находиться в одном из двух состояний или одновременно в обоих состояниях. Наблюдают за кубитами при помощи радиоволн, измеряя как меняется их частота после взаимодействия с атомами. Сейчас квантовый эффект Зенона является твёрдо установленным фактом, и учёные активно обсуждают, как можно его использовать для создания специфичных квантовых состояний, необходимых, например, для работы квантовых компьютеров.