Резонатор колеблется с частотой 100 мегагерц, а его механическое затухание — всего 15 герц. Это как колокол, который звенит тысячи лет после одного удара. Рядом с ним — кубит, квантовый двухуровневый элемент, который затухает за миллисекунды. Именно этот контраст времён жизни открывает дверь к коту Шрёдингера.
Переводчик отвлекается на каждый шорох в зале — и час совещания превращается в два. В новой схеме кубит играет роль такого переводчика: он быстро релаксирует, но успевает «перевести» шум окружения в две чёткие фразы. Накачка кубита на частоте, близкой к удвоенной частоте резонатора, запускает двухфононные процессы. Эти процессы действуют как диссипативный канал, который охлаждает резонатор в особое состояние — суперпозицию двух макроскопически различимых амплитуд колебаний.
Раньше для стабилизации такого кота требовались вспомогательная оптическая полость, многочастотная накачка или постселекция — отбор удачных исходов из множества попыток. Новая работа показывает, что всё это не обязательно. Один кубит с продольной и поперечной связью, одна частота накачки — и резонатор сам, детерминированно, приходит к стационарному коту. Численное моделирование функции Вигнера — квазивероятностного распределения в фазовом пространстве — демонстрирует эволюцию от вакуумного состояния к двухлепестковой структуре с интерференционными полосами. Совпадение с полной моделью превышает 0.98 по фиделити Ульмана.
Такой минимализм — не просто эстетика. Он упрощает экспериментальную реализацию в сверхпроводниковых цепях и спиновых системах, где каждый лишний элемент — источник шума и ошибок. Более того, выведенное эффективное уравнение даёт явные правила для выбора параметров: частоты накачки, силы связи, температуры. Это похоже на инструкцию к квантовому конструктору, где из одного кубита и одного резонатора собирается защищённый от ошибок бозонный кубит.
Перспектива уходит дальше: несколько резонаторов, связанных с общим кубитом, позволят создавать запутанные коты и двухмодовое сжатие. А это уже язык квантовой метрологии — сверхчувствительных датчиков — и квантовых вычислений, устойчивых к потере фотонов. Кот, который раньше был мысленным экспериментом, становится рабочим инструментом.
Недавно кот Шрёдингера был создан из 16-микрограммового акустического резонатора, содержащего около $10^{17}$ атомов, — это самый массивный объект, приведённый в такое состояние на сегодняшний день.
В романе Нила Стивенсона «Анафем» квантовые состояния макроскопических объектов используются для вычислений и связи, что перекликается с идеей использования механических котов в квантовых технологиях.