Lazerio impulsas atitraukė rubidžio atomą ir pateko į kvantų pasaulį - imdamasi keistos „Schrödingerio katės“ fizikos. Tada kitas padarė tą patį. Tada dar vienas.
Lazerio impulsai nepadidino nei ūsų, nei letenų. Bet jie tapo panašiais į garsiojo kvantinės fizikos minčių eksperimento Schrödingerio katę svarbiu būdu: Jie buvo dideli objektai, veikiantys kaip tuo pat metu negyvi ir gyvi subatominės fizikos padarai - esantys tarp dviejų vienalaikių, prieštaringų būsenų. O laboratorija Suomijoje, kurioje jie gimė, neturėjo jokių apribojimų, kiek galėtų užsidirbti. Pulsas po pulso virto kvantinio pasaulio padaru. Ir tos „kvantinės katės“, nors eksperimento aparato viduje egzistavo tik sekundės dalį, turėjo potencialą būti nemirtingos.
„Mūsų eksperimento metu jis buvo nedelsiant išsiųstas detektoriui, todėl jis buvo sunaikintas iškart po jo sukūrimo“, - sakė eksperimento metu dirbęs Bastianas Hackeris, Vokietijos Makso Planko kvantinės optikos instituto tyrėjas.
Tačiau tai nebūtinai turėjo būti toks, - „Hacker“ pasakojo „Live Science“.
"Optinė būsena gali gyventi amžinai. Taigi, jei mes būtume išsiuntę impulsą į naktinį dangų, ji savo būsenoje galėtų gyventi milijardus metų."
Šis ilgaamžiškumas yra dalis to, kas daro šiuos impulsus tokiais naudingais, pridūrė jis. Ilgaamžė katė lazeriu gali išgyventi ilgalaikes keliones per optinį pluoštą, todėl tai yra geras informacijos vienetas kvantinių kompiuterių tinklui.
Kvantinė katė, negyva ir gyva
Taigi, ką reiškia atlikti lazerio impulsą kaip Schrödingerio katė? Visų pirma, katė nebuvo augintinė. Tai buvo mąstymo eksperimentas, kurį fizikas Erwinas Schrödingeris pasiūlė 1935 m., Norėdamas pabrėžti kvantinės fizikos, kurią jis ir jo kolegos tuomet dar tik atrado, aiškumą.
Štai taip: Kvantinė fizika diktuoja, kad tam tikromis sąlygomis dalelė gali turėti du prieštaringus bruožus tuo pačiu metu. Dalelės sukinys (kvantinis matavimas, kuris nelabai atrodo kaip verpimas, kurį matome makro skalėje) gali būti „aukštyn“, o kartu - „žemyn“. Tik išmatuodamas jos sukimąsi, dalelė vienaip ar kitaip suyra.
Fizikai turi keletą tokio elgesio interpretacijų, tačiau populiariausias (vadinamas Kopenhagos interpretacija) sako, kad dalelė iš tikrųjų nėra verpiama aukštyn ar verpiama žemyn, kol ji nepastebima. Iki tol tai buvo tarsi miglotame tarpvalstybiniame pasaulyje ir tik dėl vieno ar kito sprendimo priima išorės stebėtojas.
Schrödingeris pastebėjo, kad tai turėjo keistų padarinių.
Jis įsivaizdavo nepermatomą plieninę dėžę, kurioje būtų katė, atomas ir uždarytas stiklinis butelis nuodingų dujų. Jei atomas suyra (galimybė, tačiau tai nėra tikras dalykas, dėka kvantinės mechanikos), dėžutėje esantis mechanizmas sudužs stiklinę ir užmuš katę. Jei atomas nesugrius, katė gyvens. Palikite katę valandai valandai, sakė Schrödingeris, ir katė pateks į „superpoziciją“ tarp gyvenimo ir mirties.
Problema, kurią jis numanė, yra ta, kad ji neturi jokios prasmės.
Ir vis dėlto Schrödingerio katė tapo savotišku naudingu sutrumpinimu makro masto dalykams, kurie paklūsta klasikinės fizikos dėsniams, tačiau sąveikauja su kvantiniais objektais taip, kad jie neturi nei vieno, nei kito bruožo.
Naujajame eksperimente, aprašytame sausio 14 d. Žurnale „Nature Photonics“, mokslininkai sukūrė lazerio impulsus, kurie yra superpozicijoje tarp dviejų galimų kvantinių būsenų. Mažus impulsus jie vadino „skraidančiomis optinių kačių būsenomis“.
Norėdami juos pagaminti, jie pirmiausia ribojo rubidžio atomą iki ertmės, esančios tarp dviejų veidrodžių, kurių plotis buvo tik 0,02 colio (0,5 milimetro) (maždaug druskos grūdo pločio). Atomas gali būti vienoje iš trijų būsenų: dviejose „žemės“ būsenose arba vienoje „sužadintoje“ būsenose. Kai šviesa pateko į ertmę, ji įsipainiojo į atomą, tai reiškia, kad jos būsena iš esmės buvo susijusi su atomo būsena.
Tuomet, kai šviesos impulsas pataikė į šviesos detektorių, jis turėjo signalinius signalus apie tarpusavio ryšį, nei visiškai neveikdamas taip, lyg būtų įsipainiojęs į vieną ar kitą atomą. Tai buvo skraidanti katė, pagaminta iš šviesos.
Šis tarpsnis turėjo būti susijęs su šviesos bangų padėtimi, sakė Hackeris. Apžvelgęs atomą, šviesa toliau judėjo erdve kaip banga: kalva ir slėnis, kalva ir slėnis.
Tačiau tapo neaišku, ar tam tikru momentu šviesos banga siekė kalno viršūnę, ar nusileido žemyn į slėnį, „Hacker“ pasakojo „Live Science“.
Šviesa veikė taip, tarsi ją sudarytų mažiausiai dvi skirtingos bangos, kiekviena iš jų veidrodinis vaizdas.
(Iš tikrųjų šviesa galėjo turėti dar daugiau galimų formų: jos banga visada turėjo bent tam tikrą galimybę užimti kiekvieną tašką tarp „kalvos“ viršaus ir „slėnio apačios“. Bet dvi veidrodinio vaizdo bangos vaizdavo dvi greičiausiai neaiškios būsenos.)
Tyrėjai teigė, kad šis būdas nusiųsti judančias kates iš vienos vietos į kitą gali būti naudingas kvantiniam tinklui kurti. Taip yra todėl, kad kvantinis tinklas greičiausiai priklausys nuo šviesos ir atgal perdavimo tarp kvantinių kompiuterių, o ne elektros energijos.
„Lengviausia atsiųsti vienišus fotonus, bet kai jie pasiklysta, jų nešiojamos informacijos nebėra“, - sakė jis. "Katės būsenos gali užkoduoti kvantinę informaciją tokiu būdu, kad būtų galima aptikti optinį nuostolį ir jį ištaisyti. Nors kiekvienas optinis perdavimas turi nuostolių, informaciją galima perduoti nepriekaištingai."
Beje, dar reikia nuveikti. Nors tyrėjai sugebėjo sukurti kates „determinuotai“, tai reiškia, kad katė atsirado visada, kai jie atliko savo eksperimentą, katės ne visada išgyveno trumpą kelionę į šviesos imtuvą. Optika yra kebli, o kartais prieš įeinant į ją užsidega šviesa.
Be to, protingas žmogus gali suabejoti, ar šie šviesos impulsai iš tikrųjų laikomi Schrödingerio katėmis. Jie tikrai yra klasikiniai objektai - tai reiškia, kad jie vadovaujasi deterministiniais didelio masto objektų įstatymais, - tačiau tyrėjai tyrime pripažino, kad vos keturių fotonų skalėje lazeris buvo makroskopinės ir kvantinės skalės krašte; taigi, galima sakyti, kad jie yra makroskopiniai, atsižvelgiant tik į plačiausius apibrėžimus.
„Iš tikrųjų keli fotonai nėra nieko artimo realaus pasaulio makroskopiniam objektui“, - teigė Hackeris. "Koherentinių optinių impulsų, tokių kaip tie, kuriuos mes naudojome, esmė yra ta, kad amplitudė gali būti nuolat didinama be jokių pagrindinių apribojimų."
Kitaip tariant, tikrai, tai yra mažos katės. Tačiau nėra jokios priežasties, kad ta pati pagrindinė idėja negalėjo būti panaudota kuriant milžiniškus Šriodingerio kačių kūnus.
Tačiau tyrėjai buvo galutinai įsitikinę, kad vartoja šį terminą, ir „optinė skraidančios katės būsena“ turi žiedą.
