Кот Шредингера — широко известный парадокс квантовой физики, иллюстрирующий идею суперпозиции, то есть способность двух противоположных состояний существовать одновременно и непредсказуемо. Наблюдатель узнает, жив кот в коробке или мертв, только открывая ее. По крайней мере, так считалось раньше, потому что в момент открытия коробки происходит аналог квантового скачка — дискретное и случайное изменение в состоянии во время наблюдения.

Для крошечного объекта вроде электрона, молекулы или искусственного атома с квантовой информацией (кубита) квантовый скачок — это внезапный переход от одного из их энергетических состояний в другое. Разработчикам квантовых компьютеров приходится иметь дело с такими прыжками кубитов, которые свидетельствуют об ошибках в вычислениях.

«Эти прыжки случаются всякий раз, когда мы измеряем кубит, — пояснил профессор Деворе. — Известно, что квантовые прыжки непредсказуемы в долгосрочной перспективе».

Несмотря на это, ученые Йеля захотели знать, возможно ли получить предварительный сигнал, оповещающий о скором прыжке, пишет Science Daily.

Физики применили непрямое наблюдение за сверхпроводящим искусственным атомом. Они использовали три микроволновых генератора, облучающих атом, заключенный в трехмерную полость из алюминия. Микроволновое излучение вызвало квантовый скачок атома. Микроскопический квантовый сигнал этих прыжков можно усилить при комнатной температуре и наблюдать в реальном времени.

Это позволяет видеть внезапное отсутствие фотонов, которые излучаются атомом, возбужденным микроволнами. То есть, выражаясь словами Минева, не просто поймать прыжок, но и обратить его.

Несмотря на то, что квантовые скачки в долгосрочной перспективе дискретны и хаотичны, обращение прыжка вспять означает, что эволюция квантового состояния носит отчасти детерминированный характер. Прыжок всегда осуществляется в той же самой предсказуемой манере из случайной стартовой точки.

«Квантовые прыжки атома в чем-то напоминают извержение вулкана, — сказал Минев. — Они полностью непредсказуемы в долгосрочном периоде. Тем не менее, правильно организовав наблюдение, мы можем с определенностью засечь предварительный сигнал неминуемой катастрофы и предпринять действия до того, как она произойдет».    

Помимо вклада в фундаментальную науку, это исследование серьезно продвигает вперед теорию квантовой информации. Ведь возможность надежно контролировать квантовые данные и исправлять ошибки по мере их возникновения — ключевая проблема в развитии полностью функционального квантового компьютера.

«Оптического кота Шредингера» создали не так давно немецкие физики. В их эксперименте роль животного играли импульсы лазера. Этот эксперимент позволил им исследовать границы применения квантовой механики и разработать новые методы квантовой коммуникации.