Тихоходка стала первым животным, побывавшим в состоянии квантовой запутанности?

Микроскопические беспозвоночные животные типа Tardigrada (тихоходки) знамениты своей феноменальной выносливостью.

Микроскопические беспозвоночные животные типа Tardigrada (тихоходки) знамениты своей феноменальной выносливостью.
Фото Schokraie E. et al/PLoS ONE (2012)/CC BY 2.5.

В субботу в интернете начала распространяться новость о том, что учёные смогли ввести тихоходок в состояние квантовой запутанности. Для этого самое живучее животное на планете "посадили" на один из запутанных кубитов.

Это выдающееся достижение, ведь получается, что это первый живой (или, по крайней мере, условно живой) макрообъект, побывавший в состоянии квантовой запутанности.

Почему "условно живой"? Тихоходка во время эксперимента находилась в состоянии глубокого криптобиоза. Так что своё участие в одном из самых загадочных процессов квантовой физики она не заметила, но зато вышла из него живой. По крайней мере, так пишут авторы новой работы, ещё не прошедшей процедуру рецензирования сторонними специалистами.

Исследование в формате препринта научной статьи было опубликовано на портале arXiv.org.

Попробуем объяснить, что такое квантовая запутанность, и почему выводы исследователей об участии в ней тихоходки могут оказаться чересчур поспешными.

Мир квантовой физики — чудесное место, на пороге которого нужно оставить все наши представления о привычных физических законах. Одно из "чудес" этих мест — феномен квантовой запутанности.

Так называют неосязаемую связь двух объектов — к примеру, атомов — "спутанных" таким образом, что их уже нельзя охарактеризовать по отдельности друг от друга. То есть их квантовые состояния становятся взаимозависимыми.

И эта взаимозависимость сохраняется, даже если два квантово запутанных объекта разнести далеко, очень далеко друг от друга. Можно сказать, что от этого состояния рукой подать до понятия квантовой телепортации. Однако в реальности речь не идёт о передаче энергии или вещества на расстояние.

От одного объекта другому передаётся лишь его квантовое состояние.

Если квантово связать два кубита, то получается система, в которой два кубита "чувствуют" состояние друг друга на расстоянии. Это тяжело себе представить, но именно это и делает мир квантовой физики таким сложным и привлекательным для исследователей.

И именно на один из запутанных в этой "магической" системе кубитов исследователи поместили тихоходку, охлаждённую до температуры 10 милликельвинов, или -273,14 градусов Цельсия. Эта температура почти равна абсолютному нулю температур.

Итак, на кубите А находилась тихоходка, в то время как кубит Б оставался "пустым". Присутствие тихоходки на кубите А привело к снижению его частоты, из чего авторы работы сделали вывод, что тихоходка сама побывала в состоянии квантовой запутанности.

Оба кубита были сверхпроводящими. "Бездыханная" тихоходка выступила в качестве диэлектрика во втором кубите. (Последние два предложения оставим здесь для тех, кто хочет разобраться в вопросе чуть лучше и составить собственное мнение об эксперименте. Хотя для этих целей лучше, конечно же, сразу открывать препринт статьи).

Итак. А была ли квантовая запутанность тихоходки? Некоторые физики не согласны с этим заявлением.

Тау, исследователь из Университета Райса в Техасе Дуглас Нательсон (Douglas Natelson), не принимавший участия в исследовании, пишет, что присутствие тихоходки на кубите А, может, и изменило частоту кубита, но это вовсе не означает, что макроскопический объект, он же микроскопический организм, вошёл в состояние квантовой запутанности. Если говорить о запутанности, необходимо измерить квантовые свойства тихоходки, чего экспериментаторы, по всей видимости, не сделали.

Другими словами, тихоходку в эксперименте можно было с лёгкостью заменить частицей пыли, и это произвело бы аналогичный эффект. Так можно ли говорить, что тихоходка побывала в квантовой запутанности?

Но, так или иначе (оставим споры физикам), новый эксперимент вновь подтвердил, насколько "непробиваемым" является организм тихоходок.

В ходе этого исследования животное провело целых 17 дней при температуре, близкой к абсолютному нулю и при минимальном атмосферном давлении 6×10−6 миллибар. (Пока что работать с кубитами проще в вакууме, когда ничто не вторгается в крайне чувствительную к любым изменениям систему.)

В таких условиях в организме животного прекращаются все химические процессы. С биологической точки зрения тихоходка была мертва всё время нахождения в криптобиозе. Однако она относится к тем организмам, которые, будучи помещёнными в совместимые с жизнью условия, возвращаются к жизни и своим привычным активностям. Даже если подходящие для жизни условия появляются спустя десятилетия.

Кстати, эксперимент проводился трижды с тремя разными тихоходками, и лишь одна из них успешно вернулась к жизни. Это произошло благодаря тому, что учёные переводили её в условия нормального атмосферного давления очень медленно.

Напомним, ранее мы писали о том, что тихоходки способны пережить выстрел из пушки, условия открытого космоса и, возможно, могут благополучно жить на Луне.

Также мы рассказывали о том, что российские физики научились переводить с одного "квантового языка" на другой с помощью телепортации, а ещё о том, как физики квантово запутали сразу 15 триллионов атомов.

Сообщали мы и о том, что на МКС проверяли влияние гравитации на квантовую запутанность, а также о том, что квантовая запутанность может увеличить чувствительность детекторов гравитационных волн в два раза.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".