Laserový impulz odrazil atóm rubídia a vstúpil do kvantového sveta - prevzal divnú fyziku „Schrödingerovej mačky“. Potom ďalší urobil to isté. Potom ďalšie.
Laserové pulzy nerástli fúzy alebo labky. Dôležitým spôsobom sa však stali známym experimentom Schrödingerovej mačky s kvantovou fyzikou: Boli to veľké objekty, ktoré pôsobili ako súčasne mŕtve a živé bytosti subatomárnej fyziky - existovali v končatine medzi dvoma simultánnymi protichodnými stavmi. A laboratórium vo Fínsku, kde sa narodili, nemalo nijaký limit na to, koľko by mohli urobiť. Pulz po impulze sa zmenil na stvorenie kvantového sveta. A tieto „kvantové mačky“, hoci vo experimentálnom stroji existovali iba zlomok sekundy, mali potenciál byť nesmrteľný.
„V našom experimente bol detektor poslaný okamžite na detektor, takže bol zničený hneď po jeho vytvorení,“ uviedol Bastian Hacker, vedecký pracovník v Inštitúte kvantovej optiky Maxa Plancka v Nemecku, ktorý na experimente pracoval.
Ale nemusí to tak byť, povedal Hacker Live Science.
„Optický stav môže žiť naveky. Takže keby sme poslali impulz von na nočnú oblohu, mohlo by v jeho stave žiť miliardy rokov.“
Táto dlhovekosť je súčasťou toho, čo robí tieto impulzy tak užitočnými, dodal. Laserová mačka s dlhou životnosťou môže prežiť dlhodobé cestovanie optickým vláknom, čo z nej robí dobrú jednotku informácií pre sieť kvantových počítačov.
Kvantová mačka, mŕtvy a živý
Čo to znamená urobiť laserový pulz ako Schrödingerova mačka? Po prvé, mačka nebola domácim miláčikom. To bol myšlienkový experiment, ktorý fyzik Erwin Schrödinger v roku 1935 navrhol poukazovať na úplnú nerozumnosť kvantovej fyziky, ktorú on a jeho kolegovia len objavovali.
Takto to vyzerá: Kvantová fyzika diktuje, že za určitých podmienok môže mať častice dva protichodné znaky. Točenie častice (kvantové meranie, ktoré nevyzerá úplne ako točenie, ktoré vidíme v makro mierke) môže byť „hore“, zatiaľ čo je tiež „dole“. Častica sa zmeria iba vtedy, keď sa zmeria jeho rotácia.
Fyzici majú niekoľko interpretácií tohto správania, ale najobľúbenejšie (nazývané kodanská interpretácia) hovorí, že častice nie sú skutočne roztočené alebo roztočené skôr, ako je pozorované. Dovtedy je to v akejsi hmlistej podsvetí medzi štátmi a iba o jednom alebo druhom sa rozhoduje iba vtedy, keď ho donútil vonkajší pozorovateľ.
Schrödinger si všimol, že to malo nejaké bizarné dôsledky.
Predstavoval si nepriehľadnú oceľovú škatuľu obsahujúcu mačku, atóm a zapečatenú sklenenú fľaštičku jedovatého plynu. Keby sa atóm rozpadol (možnosť, ale nie istá vec, vďaka kvantovej mechanike), mechanizmus v krabici by rozbil sklo a zabil mačku. Keby sa atóm nerozpadol, žila by mačka. Nechajte mačku v krabici jednu hodinu, povedal Schrödinger a mačka by skončila v „superpozícii“ medzi životom a smrťou.
Problém s tým, ako naznačoval, je v tom, že to vôbec nedáva zmysel.
A predsa sa Schrödingerova mačka stala akýmsi užitočným skratkou pre veci v makroúrovni, ktoré sa riadia zákonmi klasickej fyziky, ale interagujú s kvantovými objektmi tak, že nemajú ani jeden, ani úplne iný znak.
V novom experimente, opísanom v článku publikovanom 14. januára v časopise Nature Photonics, vedci vytvorili laserové impulzy, ktoré sú v superpozícii medzi dvoma možnými kvantovými stavmi. Drobné pulzy nazývali „lietajúcimi optickými stavmi mačiek“.
Aby ich urobili, najprv obmedzili atóm rubídia do dutiny medzi dvoma zrkadlami širokými iba 0,02 palca (približne 0,5 milimetra) (okolo šírky zrna soli). Atóm môže byť v jednom z troch stavov: dva „základné“ alebo jeden „vzrušený“ stav. Keď svetlo vstúpilo do dutiny, zaplietlo sa s atómom, čo znamená, že jeho stav bol v zásade spojený so stavom atómu.
Potom, keď svetelný impulz zasiahol detektor svetla, mal výrečné známky vzájomného pôsobenia, ani úplne nekonal tak, akoby bol spletený s jedným alebo druhým atómom. Bola to lietajúca mačka vyrobená zo svetla.
Hacker povedal, že táto vzájomná súvislosť súvisí s pozíciou svetelných vĺn. Po pohľade na atóm sa svetlo naďalej pohybovalo vesmírom ako vlna: kopec a údolie, kopec a údolie.
Ale stalo sa neistým, či sa v danom okamihu svetelná vlna dostala na vrchol kopca alebo zostupovala do údolia, uviedol Hacker pre Live Science.
Svetlo fungovalo, akoby tvorilo najmenej dve rôzne vlny, z ktorých každá bola zrkadlovým obrazom druhej.
(V skutočnosti by svetlo mohlo mať ešte viac možných tvarov: jeho vlna mala vždy aspoň nejakú šancu obsadiť každý bod medzi vrcholom „kopca“ a spodkom „údolia“. Dve vlny zrkadlového obrazu však predstavovali dva pravdepodobne neisté stavy.)
Vedci tvrdia, že táto schopnosť posielať pohybujúce sa mačky z jedného miesta na druhé by mohla byť užitočná pre kvantové vytváranie sietí. Hacker povedal, že kvantová sieť sa pravdepodobne bude spoliehať skôr na zasielanie svetla medzi kvantovými počítačmi, ako na výrobu elektrickej energie.
"Najjednoduchšie je poslať jednotlivé fotóny, ale keď sa stratia, ich prenášané informácie sú preč," uviedol. „Stavy mačiek môžu kódovať kvantové informácie spôsobom, ktorý umožňuje detegovať optickú stratu a napraviť ju. Aj keď každý optický prenos má straty, informácie sa môžu preniesť dokonale.“
To znamená, že ešte treba urobiť veľa práce. Zatiaľ čo vedci dokázali vytvoriť mačky „deterministicky“, čo znamenalo, že mačka sa objavila vždy, keď vykonali svoj experiment, mačky nie vždy prežili krátku cestu k prijímaču svetla. Optika je zložitá a niekedy sa pred tým, ako sa tam dostane, svetlo zhasne.
Aj rozumný človek by mohol pochybovať o tom, či sa tieto ľahké impulzy skutočne počítajú ako Schrödingerove mačky. Určite sú to klasické objekty - čo znamená, že sa riadia deterministickými zákonmi veľkých objektov - ale vedci v článku pripustili, že v mierke iba štyroch fotónov bol laser na okraji makroskopickej a kvantovej stupnice; a preto by sa dalo povedať, že sú makroskopické iba podľa najširších definícií.
„Skutočne, málo fotónov nie je ničím blízkym makroskopickému objektu v reálnom svete,“ uviedol Hacker. „Bod koherentných optických impulzov, ako sú tie, ktoré sme použili, je, že amplitúda môže byť kontinuálne zvyšovaná bez akéhokoľvek základného obmedzenia.“
Inými slovami, určite to sú niektoré drobné mačky. Nie je však dôvod, aby sa tá istá základná myšlienka nemohla použiť na výrobu obrovských mačiek Schrödingera.
Vedci však boli pri používaní tohto termínu úplne istí a „stav optickej lietajúcej mačky“ k tomu má prsteň.
