Левитиращи нанодиаманти приближиха физиците до котката на Шрьодингер

Международен екип физици създадоха инсталация,  способна да задържа във въздуха диамантени наночастици с помощта на лазерен лъч и да ги кара да светят.

Това ще позволи да се използват такива камъни за създаването на своеобразен аналог на прочутата котка на Шрьодингер, става ясно от статия, публикувана в сп. Nature Photonics.

„Показахме, че можем да управляваме състоянието на спина на електрона в азотен атом вътре в тези левитиращи диаманти. Ако успеем напълно да спрем колебанията на самия диамант, това ще ни позволи едновременно да променяме спина на електрона нагоре и надолу, което ще накара диаманта да се намира на две места едновременно.

Подобен любопитен феномен, който наричаме макроскопична версия на котката на Шрьодингер, е изключително интересен за изучаване“, казва Леви Нойкирх (Levi Neukirch) от Рочестърския университет (САЩ).

Котката на Шрьодингер се явява „участник“ в мисловен експеримент, предложен от австрийския физик Ервин Шрьодингер през 1935 година. В затворена кутия се намират котка и механизъм, отварящ капсула с отрова при разпадане на радиоактивен атом (което може да се случи, може и да не се случи). В съответствие с принципите на квантовата физика котката се явява едновременно жива и мъртва. Оттук води началото си терминът квантово заплитане.

Нойкирх и колегите му се приближили съществено към осъществяването на подобен експеримент, като провели опити с нанодиаманти, в които има необичаен дефект – единични включвания във вид на азотен атом. Днес такива скъпоценни камъни се използват широко в експериментите по създаване на квантови компютри, тъй доста лесно се оперира със спина на електроните в тях.

Лазерната система за левитация на нанодиаманти. © University of Rochester/J. Adam Fenster

По-рано физиците от Рочестър забелязали, че подобни диаманти може да се накарат да левитират с помощта на лазерен лъч. Това било съвсем не каквото искали да получат учените – те се опитвали да изолират наночастицата от всякакви механични взаимодействия с околната среда, включително от сблъсъци с молекулите на въздуха.

В новата порция експерименти учените от екипа на Нойкирх успели да накарат създадената от тях „лазерна клетка“ да работи в условията на вакуум и се научили да забавят колебанията на диаманта в нея до такава степен, че неговото движение да се управлява само от законите на квантовата физика.

Това прави възможно не само създаването на аналог на котката на Шрьодингер, но и дава на учените възможност да управляват състоянието на квантови системи с помощта на механично въздействие върху тях.

Главният проблем в тези експерименти било това, че диамантите се разрушавали при попадане във вакуум буквално части от секундата след началото на експеримента. Авторите на статията се опитали да решат проблема по прост начин – те „опаковали“ наночастиците в силициева обвивка, което обаче не ги спасило от изпарение.

Засега физиците не знаят как да накарат скъпоценните камъни да не се самоунищожават при попадане във вакуум, но те са сигурни, че ще успеят да се справят с тази задача в близките седмици и месеци и да създадат първата „диамантена“ и макроскопична котка на Шрьодингер на Земята.