Как сообщается в новой статье в Science Advances, сантиметровый объект был приведен в движение этими квантовыми силами — это принципиально новый результат для науки на стыке квантового (очень малых масштабов) и классического (всего остального) миров. Ключевой момент в том, что эксперимент имеет дело с объектом, достаточно большим, чтобы на него.

«Предпринималось множество попыток проверить, применимы ли законы квантовой механики к объектам размером более нескольких десятков нанометров, однако пока безуспешно, — сказал Джейсон Твомли, физик-теоретик из Научно-технического института Окинавы. — Теперь же мы зафиксировали классический механический отклик на квантовую силу у объекта, масса которого на 8–9 порядков превышает массу объектов, используемых в самых передовых на сегодняшний день спин-механических экспериментах».

Чтобы получить такой результат, исследователи применили несколько остроумных инженерных решений. Сантиметровая графитовая пластина была размещена над шахматным узором из магнитов, которые удерживали ее в состоянии левитации. С пластины свисал алмаз размером 3 мм со специальными атомными дефектами (NV-вакансиями). Эти дефекты дают алмазу электроны с управляемыми спинами, которыми затем манипулировали с помощью лазерного света; еще один магнит превращал вращение спинов в движение.

Конструкция массой около 128 мг — столько весят несколько рисовых зерен — сдвинулась примерно на 100 нм, то есть примерно на тысячную долю толщины человеческого волоса. Немного, но достаточно.

«Свойства NV-алмазов хорошо изучены, а сами они легко поддаются управлению, — отметил Дэхи Ким, один из исследователей. — Это обстоятельство, а также то, что NV-центры обладают одним из самых больших известных времен когерентности — позволяющим им сохранять состояние квантовой суперпозиции при комнатной температуре гораздо дольше, чем другие системы, — делают их особенно привлекательными для создания макроскопической суперпозиции движения или объекта в будущих исследованиях».

Стоит также учитывать, пишет Science Alert, что само движение в данном случае было классическим — важную роль здесь сыграл именно квантовый эффект, послуживший его пусковым механизмом. В дальнейшем исследователи надеются, что их подход поможет переводить в квантовые состояния (например, в состояние суперпозиции, когда объект фактически находится в двух состояниях одновременно) более крупные объекты.

Исследование делает еще один шаг к ответу на важнейшие вопросы устройства Вселенной — включая вопрос о том, подчиняется ли гравитация квантовым правилам.

«Мы продемонстрировали выраженный классический отклик, вызванный малым квантовым эффектом, — пояснил Твамли. — Вопрос уже не в том, возможна ли такая технология, а в том, как усовершенствовать экспериментальные условия для достижения квантовой суперпозиции в рамках общей теории относительности Эйнштейна. Мы переходим от нанометрового масштаба к сантиметровому. Нам нужно продвинуться еще на один порядок величины — и мы наконец сможем увидеть кота Шрёдингера в реальности».

Канадские ученые разработали новый подход к описанию возникновения Вселенной, объединяющий гравитацию с квантовой физикой без привлечения дополнительных компонентов. Гипотеза, основанная на более глубокой теории квантовой гравитации, постулирует, что быстрое расширение ранней Вселенной могло возникнуть естественным образом.