Naukowcy stworzyli najgrubszego kota Schrödingera w historii

Zespół naukowców kierowany przez Yiwena Chu, profesora w Laboratorium Fizyki Ciała Stałego, umieścili mały kryształ, wielkości ziarenka piasku, w superpozycji. Stworzyli pojęcie cięższego kota Schrödingera, sprawiając, że kryształ jednocześnie znajdował się w dwóch stanach oscylacji.

Nawet jeżeli nie interesujemy się fizyką, zapewne w szkole bądź wśród znajomych słyszeliśmy o słynnym eksperymencie myślowym Erwina Schrödingera. Polegał on na tym, że kot zamknięty w pojemniki z radioaktywną trucizną może być jednocześnie żywy i martwy. Trucizna uwolniona zostanie, kiedy detektor promieniowania wykryje cząstki. Dopóki nie otworzymy pudełka, kot pozostaje jednocześnie w dwóch stanach. Jeżeli nastąpi rozpad radioaktywny, detektor to wyczuje i trucizna zostanie uwolniona, wtedy kot będzie martwy. Jeżeli rozpad nie nastąpi, kot będzie żył.

Kot jako obiekt kwantowy występuje tutaj, dopóki pudełko nie zostanie otwarte, jako martwy i żywy jednocześnie. Dopiero sprawdzenie zawartości zredukuje układ do jednego stanu. W momencie, gdy obserwacja zostaje poczyniona, kot przyjmuje jeden określony stan.

Analogicznie do sytuacji z kotem Schrödingera zachowują się cząstki w stanach kwantowych, gdy znajdują się w superpozycji. Dopóki nie zostaną zaobserwowane, mogą mieć dwa stany występowania jednocześnie. W eksperymencie opublikowanym w czasopiśmie „Science” zespół połączył oscylujący kryształ z obwodem nadprzewodzącym. Obwód jest kubitem lub bitem kwantowym w związku z czym, może znajdować się w stanie logicznym 0 lub 1, jak również w obu stanach w superpozycji 0+1.

Połączenie między obwodem a kryształem stanowi materiał piezoelektryczny. Podczas gdy kryształ oscyluje, wytwarzane jest pole elektryczne. W związku z czym, superpozycję obwodu z jego polem elektrycznym można powiązać z kryształem, umieszczając jego oscylację w superpozycji. Wynik jest taki, że kryształ może oscylować jednocześnie w dwóch kierunkach. Góra i dół prezentują stany kota w pudełku, żywy lub martwy.

Umieszczając dwa stany oscylacji kryształu w superpozycji, skutecznie stworzyliśmy kota Schrödingera o wadze 16 mikrogramów. To interesujące, ponieważ pozwoli nam lepiej zrozumieć przyczynę zaniku efektów kwantowych w makroskopowym świecie prawdziwych kotów.

---

16 miligramów może nie wydawać się szczególnie masywnym obiektem, zwłaszcza w porównaniu do kota, jednak w świecie kwantowym jest ogromny. Jest cięższy kilka miliardów razy niż atom lub cząsteczka, co sprawia, że jest najmasywniejszy jak do tej pory.

Najnowsze badania na temat superpozycji mogą przyczynić się do udoskonalenia komputerów kwantowych, gdzie kubity zwykle są tworzone przez pojedyncze atomy. Dzięki swojej czułości, taki kryształ może posłużyć w przyszłości również do wykrywania fal grawitacyjnych.