Fysiker har lärt sig hur de kan föda upp Schrödinger -katter i optik. Forskare testade en metod som potentiellt kan förstärka superpositioner av klassiska ljustillstånd utöver mikroskopiska gränser och hjälpa till att bestämma gränserna mellan kvant- och klassiska världar.

CIFAR Quantum Information Science Fellow Alexander Lvovsky ledde teamet från ryska Quantum Center och University of Calgary -forskare som testade en metod som potentiellt kan förstärka superpositioner av klassiska ljustillstånd bortom mikroskopiska gränser och hjälpa till att bestämma gränserna mellan kvant- och klassiska världar.

Studien publicerades idag i Nature Photonics .

År 1935, Den tyska fysikern Erwin Schrödinger föreslog ett tankeexperiment där en katt, dold för observatören, befinner sig i en superposition av två stater:den var både levande och död. Schrödingers katt var avsedd att visa hur radikalt annorlunda den makroskopiska världen vi ser är från den mikroskopiska världen som styrs av kvantfysikens lagar.

Dock, utvecklingen av kvantteknik gör det möjligt att skapa alltmer komplexa kvanttillstånd, och Schrödingers tankeexperiment verkar inte längre för långt utom räckhåll.

"En av fysikens grundläggande frågor är gränsen mellan kvant- och klassiska världar. Kan kvantfenomen, förutsatt idealiska förutsättningar, observeras i makroskopiska objekt? Teori ger inget svar på denna fråga - kanske finns det ingen sådan gräns. Vad vi behöver är ett verktyg som kommer att undersöka det, "säger Lvovsky, som är professor vid University of Calgary och chef för Quantum Optics Laboratory of the Russian Quantum Center, där experimentet sattes upp.

Exakt ett sådant verktyg tillhandahålls av den fysiska analogen av Schrödinger -katten - ett objekt i en kvantöverlagring av två tillstånd med motsatta egenskaper. Inom optik, detta är en superposition av två sammanhängande ljusvågor där de elektromagnetiska vågornas fält pekar i två motsatta riktningar samtidigt. Tills nu, experiment kunde bara få sådana superpositioner vid små amplituder som begränsar deras användning. Lvovsky -gruppen genomförde förfarandet för att "föda upp" sådana stater, vilket gör det möjligt att erhålla optiska "katter" med högre amplituder med större framgång.

Medförfattare och University of Calgary doktorand Anastasia Pushkina förklarar:"Idén med experimentet föreslogs 2003 av gruppen av professor Timothy Ralph vid University of Queensland, Australien. I huvudsak, vi orsakar störningar av två "katter" på en stråldelare. Detta leder till ett intrasslat tillstånd i de två utgångskanalerna för den stråldelaren. I en av dessa kanaler, en speciell detektor placeras. Om detektorn visar ett visst resultat, en "katt" föds i den andra utgången vars energi är mer än dubbelt så stor som den ursprungliga. "

Lvovsky -gruppen testade denna metod i labbet. I experimentet, de konverterade framgångsrikt ett par negativt pressade "Schrodinger -katter" med amplitud 1.15 till en enda positiv "katt" med amplitud 1.85. De genererade flera tusen sådana förstorade "katter" i sitt experiment.

"Det är viktigt att proceduren kan upprepas:nya" katter "kan, i tur och ordning, överlappas på en stråldelare, producerar en med ännu högre energi, och så vidare. Således, det är möjligt att flytta gränserna för kvantvärlden steg för steg, och så småningom för att förstå om det har en gräns, "säger den första författaren till studien, en doktorand från Russian Quantum Center och Moscow State Pedagogical University, Demid Sychev.

Sådana makroskopiska "Schrodinger -katter" skulle ha tillämpningar inom kvantkommunikation, teleportation och kryptografi.