Физики продемонстрировали возможность вычитания одного и двух фононов из резонатора, унося их энергию с помощью лазерных фотонов. Исследование рассеянного света позволило им провести томографию механического состояния оставшихся фононов, что подтвердило их неклассическую статистику.

Работа опубликована в Physical Review Letters.

С ростом числа частиц физическим системам свойственно переходить из квантового режима в режим классический. В каждом конкретном случае эта граница своя, и физики по всему миру ищут способы, чтобы сдвинуть ее как можно дальше.

Венцом этого процесса стало бы наблюдение состояния квантовой суперпозиции макроскопического тела, кажущуюся абсурдность которой пытался подчеркнуть Шрёдингер с помощью своего знаменитого кота. На сегодняшний день физики добились такого эффекта для не слишком больших объектов, например, 10-микрометровых мембран.

Другим отклонением от классического поведения оказывается статистическое распределение по доступным степеням свободы физической системы. Речь идет, например, о числе фотонов или фононов.

При переходе к большому числу частиц системы быстро термализуются, то есть неизбежно переходят в состояние, в котором статистика подчиняется распределению Гаусса. Если же удается добиться негауссовой статистики, то такое состояние оказывается неклассическим. В частном случае неклассическое состояние можно представить в виде квантовой суперпозиции классических состояний, что получило название состояний кота Шрёдингера.

Важным этапом на пути к созданию таких состояний стала возможность манипуляции отдельными фотонами или фононами, а также прогресс в области квантовой оптомеханики. Физики уже научились видеть вычитание и добавление одиночных квантов звука. И если раньше для этого нужны были низкие температуры, то недавно ученые смогли добиться этого при комнатной температуре и зафиксировать соответствующую негауссову статистику.

Группа физиков из Австралии и Великобритании при участии Майкла Вэннера (Michael Vanner) из Имперского колледжа Лондона пошла дальше и, увеличив точность квантовой томографии, пронаблюдала состояния, которые получаются при вычитании двух фотонов.