Невезучий, воображаемый кот одновременно жив и мертв внутри коробки или существует в суперпозиции «мертвых» и «живых» состояний, точно так же, как субатомные частицы существуют в суперпозиции многих состояний одновременно. Но если заглянуть внутрь ящика, то это изменит состояние кота, который либо жив, либо мертв.
Теперь, однако, исследование, опубликованное 1 октября в New Journal of Physics, описывает способ взглянуть на кота, не решая его судьбу – жить ему или умирать. Тем самым оно способствует лучшему пониманию учеными одного из самых фундаментальных парадоксов в физике.
В нашем обычном, масштабном мире взгляд на объект, похоже, не меняет его. Но достаточно увеличьте масштаб, и это не так.
«Обычно мы считаем, что цена, которую мы платим за поиск, ничтожна», — говорит ведущий автор исследования Хольгер Ф. Хофманн, доцент физики Хиросимского университета в Японии. «Это неправильно. Чтобы смотреть, у тебя должен быть свет, и свет меняет объект.» Это происходит потому, что даже один фотон света передает энергию от объекта или на объект, который вы смотрите.
Хофманн и Картик Патекарь, которые в то время были приглашенными студентами Хиросимского университета и сейчас работают в Индийском технологическом институте в Бомбее, задавались вопросом, есть ли способ посмотреть, не заплатив за это «цену». Они опирались на математическую основу, которая отделяет начальное взаимодействие (взгляд на кота) от показаний (знание, жив он или мертв).
«Нашей главной мотивацией было очень внимательно посмотреть на то, как получается квантовое измерение», — сказал Хофманн. «И ключевым моментом является то, что мы разделяем измерение в два этапа.»
Таким образом, Хоффман и Патекарь могут предположить, что все фотоны, вовлеченные в первоначальное взаимодействие, или взгляд на кота, захвачены без потери информации о его состоянии. Таким образом, до считывания показаний все, что нужно знать о состоянии кота (а также о том, как взгляд на него изменил его состояние), остается доступным. Только когда мы зачитываем информацию, мы теряем ее часть.
«Интересно, что в процессе считывания выбирается один из двух типов информации, а другой полностью стирается», — сказал Хофманн.
Вот как они описали свою работу с точки зрения кота Шредингера. Допустим, кот все еще в коробке, но вместо того, чтобы заглянуть внутрь, чтобы определить, жив она или мертв, вы установили камеру вне коробки, которая может каким-то образом сделать снимок внутри нее (ради эксперимента, игнорируйте тот факт, что камеры на самом деле не работают таким образом). Как только снимок сделан, камера получает информацию двух типов: как изменилась кошка в результате съемки (что исследователи называют квантовыми метками) и жива ли кошка после взаимодействия или мертва. Пока ничего из этого не утеряно. И в зависимости от того, как вы решили «разработать» изображение, вы получаете ту или иную часть информации.
Подумай о подбрасывании монет. Вы можете узнать, была ли монета подброшена, или это в настоящее время орел или решка. Но ты не можешь знать и то, и другое. Более того, если вы знаете, как была изменена квантовая система, и если это изменение обратимо, то можно восстановить ее первоначальное состояние. (В случае с монетой, ты бы перевернул ее назад.)
Важно отметить, что выбор показаний приходит с компромиссом между разрешением измерения и его помехой, которые в точности равны. Разрешение относится к тому, сколько информации извлечено из квантовой системы, а нарушение относится к тому, насколько система необратимо изменилась. Другими словами, чем больше вы знаете о текущем состоянии кота, тем больше вы безвозвратно его изменили.
