Kvantová fyzika si už celé desaťročia drží povesť jednej z najpodivnejších oblastí vedy. Práve z nej pochádza aj slávny myšlienkový experiment so Schrödingerovou mačkou, ktorá je podľa pravidiel kvantovej mechaniky súčasne živá aj mŕtva, kým sa na ňu niekto nepozrie. Hoci skutočné mačky vedci do podobných pokusov nezapájajú, samotný princíp superpozície patrí medzi základné stavebné kamene moderných kvantových technológií.
Teraz prišli fyzici z Oxfordskej univerzity s novým objavom, ktorý môže posunúť vývoj kvantových počítačov aj naše chápanie reality o ďalší krok dopredu. Podarilo sa im vytvoriť úplne novú rodinu takzvaných Schrödingerových mačiek, teda kvantových stavov, ktoré sa správajú spôsobom odporujúcim bežnej ľudskej intuícii. Výsledky výskumu publikoval prestížny vedecký časopis Physical Review X.
Odoberaj Vosveteit.sk cez Telegram a prihlás sa k odberu správ
Čo vlastne znamená Schrödingerova mačka?
Aby celý objav dával zmysel, treba sa na chvíľu zastaviť pri samotnom základe. V klasickom svete má každá vec konkrétny stav. Žiarovka svieti alebo nesvieti. Minca ukazuje hlavu alebo znak. V kvantovom svete však častice získajú schopnosť existovať vo viacerých stavoch naraz. Vedci tento jav nazvali superpozícia. Práve na vysvetlenie tejto zvláštnosti vytvoril rakúsky fyzik Erwin Schrödinger svoj slávny experiment s mačkou v uzavretej škatuli. Podľa kvantových pravidiel by mačka zostala súčasne živá aj mŕtva až do momentu pozorovania.
Zdroj: AI, Vosveteit.sk
V reálnych laboratóriách fyzici namiesto mačiek pracujú s atómami, fotónmi alebo vibráciami častíc. Aj tie však dokážu vytvoriť podobné kvantové superpozície. Doterajšie kvantové „mačacie stavy“ vznikali pomerne známym spôsobom. Vedci spojili dva odlišné kvantové stavy do jednej superpozície. Oxfordský tím sa však rozhodol ísť inou cestou.
Namiesto klasických stavebných blokov použil oveľa exotickejšie kvantové stavy, ktoré už samy osebe vykazujú silne neklasické vlastnosti. Výsledkom sa stala úplne nová skupina kvantových superpozícií. Na experiment poslúžil jediný zachytený ión. Ide o elektricky nabitú časticu uväznenú pomocou elektromagnetických polí. Takýto systém poskytuje vedcom dve rôzne kvantové zložky. Vnútorný stav častice funguje podobne ako qubit v kvantovom počítači, zatiaľ čo jej pohyb vytvára takzvaný kvantový harmonický oscilátor.
Tieto nové funkcie v Samsung telefónoch ti pomôžu ochrániť súkromie. Cudzí človek vedľa teba už len tak neuvidí, čo robíš na mobile
Vedci najprv prepojili vnútorný stav iónu s rôznymi možnými stavmi jeho pohybu. Následne vykonali špeciálne kvantové meranie, ktoré zanechalo pohyb častice v presne zvolenej superpozícii. Podľa hlavného autora štúdie Sebastiana Sanera priniesol tento prístup mimoriadnu flexibilitu.
„Táto metóda nám poskytla nástroj, pomocou ktorého sme vytvarovali kvantovú superpozíciu takmer do ľubovoľnej podoby,“ vysvetlil vedec.
Experimenty potvrdili existenciu netradičných kvantových stavov
Výskumníci následne menili parametre experimentu a upravovali veľkosť, natočenie či vzájomnú vzdialenosť jednotlivých častí superpozície. V jednom zariadení tak vytvorili celý rad netradičných kvantových stavov. Samotné vytvorenie nového stavu ešte nestačí. Vedci musia overiť, či ide naozaj o kvantový jav a nie o obyčajnú kombináciu klasických stavov.
Na tento účel zrekonštruovali takzvanú Wignerovu funkciu, matematický obraz kvantového systému. Výsledky ukázali výrazné interferenčné vzory a oblasti označované ako Wignerova negativita. Práve tieto charakteristiky patria medzi najspoľahlivejšie dôkazy skutočného kvantového správania. Inými slovami, experiment nepotvrdil iba vznik nového stavu. Potvrdil aj jeho výrazne neklasický charakter.
Zdroj: Pixabay.com
Na prvý pohľad môže celý experiment pôsobiť ako ďalšia akademická hra s exotickou fyzikou. V skutočnosti však podobný výskum zohráva dôležitú úlohu pri vývoji budúcich kvantových technológií.
Dnešné kvantové počítače stavajú prevažne na qubitoch, ktoré pracujú s dvoma základnými stavmi. Kvantové oscilátory však ponúkajú oveľa bohatší priestor možností. V jednom systéme dokážu uchovať väčšie množstvo informácií a potenciálne zjednodušia opravu chýb, ktorá patrí medzi najväčšie problémy súčasných kvantových počítačov.
Výskumníci zároveň získali nový nástroj na skúmanie hranice medzi klasickým a kvantovým svetom. Práve táto hranica zostáva jednou z najväčších záhad modernej fyziky.
„Myslíme si, že sme zatiaľ iba na začiatku toho, čo je možné, či už z pohľadu praktických aplikácií, alebo hlbšieho pochopenia týchto stavov,“ uviedol vedúci projektu Raghavendra Srinivas.
Nové kvantové „mačky“ tak zatiaľ neprinesú revolúciu do domácich počítačov ani smartfónov. Ukázali však, že kvantový svet stále ukrýva prekvapenia a vedci nachádzajú nové spôsoby, ako ich využiť pri budovaní technológií budúcnosti.
Páčil sa vám článok? Sledujte nás na Facebooku