Учёные хотят создать вирус Шрёдингера

Самым известным мысленным экспериментом в квантовой механике, несомненно, является "кот Шрёдингера". Животное, находящееся между жизнью и смертью, словно переносит капризы квантового мира на классические объекты. Физики из института квантовой оптики Макса Планка и Института фотонных наук (ICFO) мечтают провести похожий опыт в реальности.

Что произойдёт с "вирусом Шрёдингера", если будет получена суперпозиция его состояний? (иллюстрация Romero-Isart et al.)

Квантовая механика утверждает, что, будучи наблюдаемой, каждая частица может находиться только в дискретных состояниях. То есть измерение, к примеру, спина может дать только два значения "вверх" или "вниз". Но ещё в 1930-х годах австрийский физик Эрвин Шрёдингер показал, что до проведения измерения частица находится в суперпозиции возможных состояний и только в момент наблюдения "коллапсирует" к одному из них.

Обычно в таком неопределённом положении живут крошечные неодушевлённые объекты, например атомы. Что же получится, если попробовать создать суперпозицию квантовых состояний для большего объекта, ещё и относящегося, по некоторым представлениям, к миру живой природы?

Доктор Ориол Ромеро-Исарт (Oriol Romero-Isart) и его коллеги предлагают провести эксперимент по "подвешиванию" вируса табачной мозаики (tobacco mosaic virus) в суперпозиции двух квантовых состояний. Его стержнеобразная форма (50 нанометров в диаметре и 1 микрометр в длину) больше всего понравилась учёным.

Для начала они предлагают поместить вирус в вакуум, где его поймает в ловушку созданное лазером электромагнитное поле. Затем другим лазером команда исследователей намеревается замедлить движение вируса, пока он совсем не остановится в одном из самых низких энергетических состояний.

Как только это произойдёт, физики с помощью фотона заставят его перейти в суперпозицию двух квантовых состояний: до проведения измерения вирус, по идее, должен будет находиться в "смеси" движения и неподвижности одновременно.

Уже сейчас некоторые учёные оспаривают научную ценность эксперимента. Так, многие из них считают, что вирус нельзя назвать живым организмом. На что Ромеро-Исарт отвечает: то же самое можно проделать с микроскопическими тихоходками (Tardigrada). Науке известно, что они могут выжить в космическом вакууме в течение нескольких дней. Уж они-то точно вполне сгодятся на роль "кота Шрёдингера".

Есть и ещё одно возражение. "Я абсолютно уверен, что вирус, сравнимый по размерам с микроскопическим неодушевлённым объектом, будет вести себя так же, как и неорганическая молекула", — говорит профессор Мартин Пленио (Martin Plenio) из Имперского колледжа Лондона. Тем не менее и ему интересно было бы попробовать провести подобный эксперимент, ведь квантовая механика предполагает, что теоретически в суперпозиции состояний может оказаться даже столь крупный объект, как автомобиль или человек. Чтобы узнать, насколько это реально, надо же с чего-то начать.

Больше о новом предложении физиков можно узнать из статьи, которая пока расположилась на сервере препринтов arXiv.org.