Kot Schrödingera - fizycy odkryli, jak go "uratować"?
Słynny eksperyment myślowy, zwany kotem Schrödingera, obrazuje nam jedną z definiujących cech mechaniki kwantowej – nieprzewidywalnego zachowania cząstek na poziomie kwantowym. Dlatego praca z systemami kwantowymi jest niezwykle trudna. Jednak zespół fizyków zademonstrował możliwość przewidywania tzw. skoków kwantowych, a nawet wpływania na wynik końcowy.
Wspomniany na początku kot w eksperymencie myślowym, który wymyślił austriacki fizyk Erwin Schrödinger, znajduje się wewnątrz zamkniętego pudła wraz ze źródłem promieniotwórczym, detektorem promieniowania i pojemnikiem z trującym gazem. Jeśli detektor wykryje rozpad radioaktywny pojedynczego atomu, wtedy rozbija pojemnik z gazem, który z kolei zabija kota. My natomiast nie możemy zajrzeć do środka, więc nie wiemy, czy kot żyje, czy nie. Dopóki nie otworzymy pudła, kot istnieje w obu stanach jednocześnie, lecz gdy zajrzymy już do środka, czyli dokonujemy obserwacji, kot losowo przechodzi w jeden z dwóch możliwych stanów.
Eksperyment nawiązuje do tzw. superpozycji kwantowej, czyli sytuacji, w której cząstka istnieje w wielu stanach jednocześnie do momentu, w którym dokonamy obserwacji. Wtedy cząstka natychmiast i losowo przechodzi między stanami energii, co nazywane jest skokiem kwantowym. Naukowcy właśnie ogłosili, że udało im się nie tylko przewidzieć, ale także manipulować skokiem kwantowym. Innymi słowy, udało im się "uratować" kota Schrödingera.
Zespół fizyków z Uniwersytetu Yale'a dokonał przełomu z pomocą sztucznych atomów, zwanych kubitami, które stosowane są również jako podstawowe jednostki informacji w komputerach kwantowych. Badacze przeprowadzili eksperyment, aby pośrednio obserwować nadprzewodzący kubit, używając trzech generatorów mikrofalowych do napromieniowania kubitu w zamkniętym trójwymiarowym pojemniku, wykonanym z aluminium.
Promieniowanie mikrofalowe przełącza kubit pomiędzy stanami energii, podczas gdy druga wiązka promieniowania mikrofalowego monitoruje pojemnik. Gdy kubit znajduje się w stanie podstawowym, wiązka mikrofalowa wytwarza fotony. Jednak nagły brak fotonów oznacza, że kubit wykona skok kwantowy i przejdzie w stan wzbudzony.
Wysłany w odpowiednim czasie impuls promieniowania może odwrócić skok kwantowy, a kubit ponownie znajdzie się w stanie podstawowym. Naukowcy odnoszą swój eksperyment do kota Schrödingera, twierdząc, że udało im się uratować kota przed śmiercią.
Fizycy zaobserwowali w sumie 6,8 miliona skoków kwantowych i odkryli między nimi spójność - każdy skok przebiegał tak samo. Jednak naukowcy nie potrafią przewidzieć, kiedy nastąpi skok kwantowy. Może to potrwać 5 minut, lub 5 godzin. Główny autor badania, Zlatko Minev, porównał skoki kwantowe do erupcji wulkanicznych - monitoring pozwala wykryć oznaki zbliżającej się erupcji, lecz na dłuższą metę, są one całkowicie nieprzewidywalne.
