Суперпозиция наоборот возможна: «Кот Шрёдингера» может наблюдать за наблюдателем

Кот Шрёдингера — это знаменитый мысленный эксперимент, придуманный австрийским физиком Эрвином Шрёдингером в 1935 году, чтобы продемонстрировать парадокс квантовой суперпозиции. В этом эксперименте кот заключается в запечатанном ящике вместе с радиоактивным источником, детектором и флаконом с ядом. Если детектор регистрирует излучение, то флакон разбивается и кот умирает. Если нет, то кот остается жив. По механике квантового мира, до тех пор, пока мы не откроем ящик и не посмотрим на кота, он находится в состоянии суперпозиции — одновременно жив и мертв. Только наблюдение определяет его судьбу.

Но что если мы перевернем этот эксперимент? Что если мы сделаем так, что кот будет наблюдать за нами, а не мы за ним? Это именно то, что сделали физики из Университета Квинсленда в Австралии. Они создали квантовую систему, в которой роль кота играет атом, а роль наблюдателя — свет. Атом может быть в двух состояниях: основном и возбужденном. Свет может быть в двух поляризациях: горизонтальной и вертикальной. Если свет попадает на атом, то он может изменить его состояние. Но если атом попадает на свет, то он может изменить его поляризацию.

Физики подготовили атом в состоянии суперпозиции — одновременно основном и возбужденном. Затем они подготовили свет в состоянии суперпозиции — одновременно горизонтальном и вертикальном. После этого они отправили свет через атом и измерили его поляризацию. Оказалось, что свет был в состоянии суперпозиции до тех пор, пока атом не «посмотрел» на него. Тогда свет «схлопнулся» в одно из двух возможных состояний: горизонтальное или вертикальное. То есть атом определил судьбу света своим наблюдением.

Это экспериментальное подтверждение того, что квантовая механика работает в обе стороны: не только наблюдатель влияет на объект, но и объект влияет на наблюдателя. Это также демонстрирует, что роль наблюдателя не обязательно должна играть человек или какое-то сложное устройство. Достаточно простого квантового объекта, такого как атом или фотон.

Этот прорывный эксперимент открывает новые возможности для изучения квантовой механики и ее приложений. Например, он может помочь создать более эффективные квантовые компьютеры, которые используют суперпозицию для параллельных вычислений. Он также может помочь понять, как квантовая механика переходит в классическую механику на больших масштабах. И, возможно, он может помочь разрешить парадокс кота Шрёдингера, который до сих пор остается одной из самых загадочных и привлекательных проблем физики.