Malutki oscylujący kryształ ważący niewiele więcej niż ziarnko piasku stał się najcięższym obiektem, jaki kiedykolwiek zarejestrowano w superpozycji miejsc.
Fizycy ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii (ETH) w Zurychu podłączyli rezonator mechaniczny do typu obwodu nadprzewodzącego powszechnie używanego w komputerach kwantowych, aby odtworzyć słynny eksperyment myślowy Erwina Schrödingera na niespotykaną dotąd skalę.
Jak na ironię, Schrödinger byłby nieco sceptyczny co do tego, że coś tak dużego – cóż, w ogóle cokolwiek – może istnieć w niejednoznacznym stanie rzeczywistości.
Stany superpozycji nie mają sobie równych w naszym codziennym doświadczeniu. Obserwuj spadającą piłkę nożną i możesz śledzić jej tempo spadania za pomocą stopera. Jego ostateczna pozycja spoczynkowa jest jasna jak słońce, a nawet to, jak obraca się w locie, jest oczywiste.
Jeśli zamkniesz oczy, gdy spadają, nie ma powodu sądzić, że te stany lokalizacji lub zachowania mogą być inne. Jednak w fizyce kwantowej cechy takie jak położenie, spin i pęd nie istnieją w żaden znaczący sposób, dopóki nie zobaczysz piłki spoczywającej na ziemi.
Wraz z innym ciężkim fizykiem teoretycznym, Albertem Einsteinem, Schrödinger nie był całkowicie zainteresowany interpretacjami eksperymentów wskazującymi, że cząsteczkom brakowało precyzyjnych właściwości, dopóki obserwacja ich nie nadała.
Aby pokazać, jak absurdalny był cały ten pomysł, austriacki laureat Nagrody Nobla opisał scenariusz, w którym nieobserwowane położenie cząstki było powiązane z życiem niewidzialnego kota.
Wyobraź sobie, jeśli chcesz, że cząstka wypluwana losowo z rozpadającego się atomu uderza w licznik Geigera, powodując rozbicie fiolki z trucizną i natychmiast zabija kota. Ponieważ wszystko to odbywa się w pudełku, wydarzenia i ich czas pozostają niezauważone.
Idź z tym, co jest znane jako Interpretacja kopenhaska W fizyce kwantowej niewidzialny układ istnieje w stanie wszystkich możliwości, dopóki nie zostanie zaobserwowany jego stan końcowy. Cząstka jest emitowana i nie emitowana. Licznik Geigera aktywny i nieaktywny. Fiolka z trucizną jest rozbita, a nie rozbita. A kot jest żywy i martwy.
Ten śmiercionośny kamuflaż jest prawie niemożliwy do wizualizacji, ale można go łatwo przedstawić Falowe równanie Schrödingera.
Prawie sto lat później Schrödinger nie jest już żartem. Zaobserwowano to nie tylko w małych cząsteczkach, ale w całych cząsteczkach (nie wspominając o grupach tysięcy atomów). Możemy manipulować pudełkiem, aby upewnić się, że kot nigdy nie umrze. Możemy nawet majstrować przy ustawieniach, aby oddzielić kota. W rzeczywistości całe technologie opierają się na tych samych zasadach, co obiekty w stanach superpozycji.
Chociaż żaden prawdziwy kot nigdy nie był zagrożony przez eksperyment kwantowy – ponieważ wiesz, moralność – teoria pozostaje prosta. Duże obiekty, takie jak koty, a nawet ludzie, słonie, a nawet dinozaury, mogą istnieć w stanach superpozycji w taki sam sposób, jak elektrony, kwarki i fotony.
Matematyka nie pozostawia wątpliwości, jednak obserwacja skutków tak mglistej obecności na tak dużą skalę to zupełnie inna historia.
Na poziomie atomowym cień niespełnionych przeznaczeń można dostrzec przy dość prymitywnym sprzęcie. Wraz ze wzrostem właściwości obiektów coraz trudniej jest empirycznie uzyskać sygnatury superpozycji.
W tym ostatnim eksperymencie rezonator wysokich fal dźwiękowych, lub habar, jako kot 16,2 µg. To, czego brakuje mu w wąsach i ptysiach, nadrabia faktem, że może buczeć w krótkim zakresie częstotliwości, gdy jest zasilany prądem.
„Nakładając na siebie dwa stany oscylacji w krysztale, skutecznie stworzyliśmy kota Schrödingera o wadze 16 mikrogramów” On mówi Główny autor i fizyk ETH Zurich, Yiwen Chu.
Za role radioaktywnego atomu, licznika Geigera i trucizny Drużyna A wysłaćobwód nadprzewodzący, który służył jako źródło zasilania dla eksperymentu, czujnika i superpozycji.
Połączenie tych dwóch elementów razem pozwoliło naukowcom wprawić HBAR w ruch, tak aby jego wibracje drżały jednocześnie w dwóch fazach, zjawisko to powróciło do transmisji.
Jak duże mogą być przyszłe eksperymenty, pozostaje kwestią otwartą. W praktyce przesuwanie granic wielkości w superpozycji może prowadzić do nowych sposobów na zwiększenie mocy technologii kwantowej lub stworzyć podstawę bardziej czułych narzędzi do badania materii i wszechświata.
Zasadniczo nadal istnieją pytania dotyczące tego, co to znaczy, że materia w ogóle jest w superpozycji. Pomimo dziesięcioleci postępów w zwiększaniu precyzji mechaniki kwantowej, istnieje Nadal nie jest jasne Dlaczego otwarcie pudełka miałoby mieć jakikolwiek wpływ na los kota Schrödingera.
Co to znaczy zamienić „być może” w rzeczywistość, pozostaje taką samą tajemnicą w fizyce cząstek elementarnych, jak było, gdy Schrödinger wymyślił swój niedorzeczny pomysł na kota, którego nie powinno być.
Badanie to zostało opublikowane w Nauki.
