Лазерный луч, проходя через нелинейный кристалл, способный удваивать частоту света (превращая, скажем, красный в синий), спонтанно переходит в состояние «кота Шрёдингера» — квантовую суперпозицию двух макроскопически различимых состояний. Эрвин Шрёдингер изначально предложил этот парадокс для отдельного атома, но теперь физики наблюдают его для целого потока фотонов.

Представьте свет как роту солдат, марширующих на плацу. Пока ничто не вмешивается, все фотоны идут в ногу — это состояние когерентности, а их движение подчинено предельной скорости — скорости света. Однако кристалл-удвоитель частоты заставляет колебаться сам вакуум: квантовые флуктуации пустоты рождают и тут же уничтожают виртуальные частицы, которые, словно случайные толчки, дёргают фотоны. Ритм сбивается, и строй распадается на два отряда, движущихся в противофазе. Так рождается суперпозиция: луч одновременно находится в двух противоположных по фазе состояниях.

Примечательно, что даже для лучей, содержащих порядка 10 миллионов фотонов, эта неупорядоченность, или энтропия, не разрушает квантовую суперпозицию. Чтобы описать такое поведение, учёные применили гибридный расчётный метод: для малого числа частиц использовали точную квантовую механику, а для мощных потоков — модель, основанную на траекториях, подобную подходам Стандартной модели. Результат проверяли с помощью спектроскопии: в математической карте состояний возникали отрицательные пики — нечто немыслимое в классической физике, но характерное для квантовых интерференционных эффектов.

Идея когерентности света была формализована Роем Глаубером, а Серж Арош выращивал «котов Шрёдингера» в хитроумных резонаторах, но кристаллический метод оказался куда проще. Более того, если резко сжать пространство, то из абсолютной пустоты можно извлечь реальный свет — это динамический эффект Казимира, родственный описанному механизму рождения виртуальных частиц.