Môže existovať spôsob, ako prepašovať vrchol na Schrödingerovej mačke - slávny mačací experiment založený na mačkách, ktorý opisuje záhadné správanie subatomárnych častíc - bez trvalého zabíjania (hypotetického) zvieraťa.
Nešťastná, imaginárna mačka je súčasne živá a mŕtva v krabici alebo existuje v superpozícii „mŕtvych“ a „živých“ stavov, rovnako ako subatomické častice existujú v superpozícii mnohých stavov naraz. Pohľad dovnútra škatule však zmení stav mačky, ktorá potom prežije alebo uhynie.
Teraz však štúdia uverejnená 1. októbra v New Journal of Physics opisuje spôsob, ako sa na mačku možno nahliadnuť bez toho, aby bola prinútená žiť alebo uhynúť. Týmto spôsobom sa snaží vedci pochopiť jeden z najzákladnejších paradoxov fyziky.
Zdá sa, že v našom bežnom, veľkom meradle svete sa pozeranie na objekt nemení. Ale dostatočne priblížte, a to nie je tak.
„Normálne si myslíme, že cena, ktorú platíme za pozretie, nie je nič,“ uviedla vedecká autorka štúdie Holger F. Hofmann, docentka fyziky na Hirošimskej univerzite v Japonsku. "To nie je správne. Aby ste sa mohli pozrieť, musíte mať svetlo a svetlo mení objekt." Je to preto, že dokonca aj jediný fotón svetla prenáša energiu z alebo na objekt, ktorý si prezeráte.
Hofmann a Kartik Patekar, ktorí boli v tom čase hosťujúcim vysokoškolským študentom na Hirošimskej univerzite a teraz sú v Indickom technologickom inštitúte v Bombaji, sa pýtali, či existuje spôsob, ako vyzerať bez „zaplatenia ceny“. Pristáli na matematickom rámci, ktorý oddeľuje počiatočnú interakciu (pri pohľade na mačku) od odčítania (vediac, či je živý alebo mŕtvy).
„Našou hlavnou motiváciou bolo pozerať sa veľmi pozorne na spôsob kvantového merania,“ uviedol Hofmann. „Kľúčovým bodom je, že meranie sme rozdelili do dvoch krokov.“
Tým Hoffman a Patekar dokážu predpokladať, že všetky fotóny zapojené do počiatočnej interakcie alebo nahliadnutie do mačky sú zachytené bez straty akýchkoľvek informácií o stave mačky. Takže pred odčítaním je stále k dispozícii všetko, čo je potrebné vedieť o stave mačky (ao tom, ako sa to zmenilo). Niektoré informácie stratíme iba vtedy, keď prečítame informácie.
„Zaujímavé je, že proces čítania vyberie jeden z dvoch typov informácií a úplne vymaže ten druhý,“ povedal Hofmann.
Takto opísali svoju prácu z hľadiska Schrödingerovej mačky. Povedzme, že mačka je stále v krabici, ale namiesto toho, aby ste sa pozreli dovnútra, aby ste určili, či je mačka nažive alebo mŕtve, nastavíte kameru mimo škatule, ktorá môže nejako vyfotiť vnútri nej (kvôli experimentu s myšlienkou, ignorujte skutočnosť, že fyzické kamery v skutočnosti nefungujú). Po nasnímaní fotografie má kamera dva druhy informácií: ako sa mačka zmenila v dôsledku fotografovania (čo vedci nazývajú kvantovou značkou) a či je mačka po interakcii živá alebo mŕtva. Žiadna z týchto informácií ešte nebola stratená. V závislosti od toho, ako sa rozhodnete obraz „rozvinúť“, získate jednu alebo druhú informáciu.
Pomyslite na vyhodenie mincí, povedal Hofmann Live Science. Môžete si vybrať, či chcete zistiť, či bola minca vyhodená alebo či ide o hlavy alebo chvosty. Ale nemôžete vedieť oboje. Navyše, ak viete, ako sa zmenil kvantový systém a či je táto zmena reverzibilná, je možné obnoviť pôvodný stav. (V prípade mince by ste ju prevrátili.)
„Vždy musíte systém najprv vyrušiť, ale niekedy ho môžete vrátiť späť,“ povedal Hofmann. Pokiaľ ide o mačku, znamenalo by to vyfotiť, ale namiesto toho, aby sa vyvinula, aby sa mačka jasne videla, vyvinula sa tak, aby sa mačka vrátila späť do svojho mŕtveho a živého stavu v končatinách.
Je rozhodujúce, že výber hodnoty prichádza s kompromisom medzi rozlíšením merania a jeho rušením, ktoré sú presne rovnaké, ako ukazuje tento dokument. Uznesenie sa týka toho, koľko informácií sa extrahuje z kvantového systému, a narušenie sa týka toho, do akej miery sa systém nezvratne zmení. Inými slovami, čím viac viete o súčasnom stave mačky, tým viac ju nenávratne zmenili.
„Čo ma prekvapilo, je to, že schopnosť zrušiť rušenie priamo súvisí s tým, koľko informácií získate o pozorovateľnom,“ alebo o fyzickej veličine, ktorú merajú, povedal Hofmann. „Matematika je tu dosť presná.“
Hoci predchádzajúca práca poukázala na kompromis medzi rozlíšením a narušením pri kvantovom meraní, tento dokument je prvým, ktorý kvantifikoval presný vzťah, Michael Hall, teoretický fyzik na Austrálskej národnej univerzite, povedal spoločnosti Live Science v e-maile.
„Pokiaľ viem, žiadne predchádzajúce výsledky nemajú podobu presnej rovnosti, ktorá sa týka riešenia a narušenia,“ uviedol Hall, ktorý sa štúdie nezúčastnil. „Týmto je prístup v dokumente veľmi elegantný.“
