Rekordowo długie utrzymanie kota Schrödingera w stanie superpozycji kwantowej

Eksperymenty z kotem Schrödingera są całkiem przyjemne: nie prowadzą do krzywdy żadnego zwierzęcia, a jednocześnie ukazują fascynującą naturę mechaniki kwantowej. Niedawno naukowcy z Chin sprawili, że ten hipotetyczny sierściuch przetrwał przez najdłuższy do tej pory czas.

 

 

Nowy rekord wyniósł 1400 sekund, czyli nieco ponad 23 minuty. Pojawia się jednak pytanie: skoro nie chodziło o żywego kota, to co kryje się pod tym pojęciem? Aby to zrozumieć należy wyjaśnić, że w fizyce kwantowej występuje zjawisko zwane superpozycją kwantową. Za jego sprawą dany obiekt może w teorii znajdować się w dwóch stanach jednocześnie i dopiero wtedy gdy go sprawdzimy dowiemy się, który ze stanów zajmował.

 

Paradoks z tym związany został zaproponowany przez Erwina Schrödingera w 1935 roku. Austriacki fizyk zastanawiał się nad problemami dotyczącymi mechaniki kwantowej. Tym sposobem zaprojektował eksperyment, w ramach którego w pojemniku znajduje się kot wraz z trucizną. 

 

Poza tym w środku umieszczone jest radioaktywne źródło oraz detektor promieniowania. Jeśli dojdzie do rozpadu radioaktywnego, to zostanie on wykryty, a trucizna – uwolniona. Kot nie przeżyje. Jeśli jednak do rozpadu nie dojdzie, to zwierzę powinno pozostać przy życiu. 

Image

Tak przynajmniej sugerowałaby logika i doświadczenie życiowe. Jeśli jednak spojrzymy na tę kwestię z punktu widzenia mechaniki kwantowej, to sprawy będą przebiegały w zgoła odmienny sposób. Zanim otworzymy pojemnik, to kot – jako obiekt kwantowy – będzie jednocześnie żywy i martwy. Będzie tym samym pozostawał w stanie superpozycji. Dopiero w momencie zajrzenia do środka zwierzę przyjmie jeden z dwóch możliwych stanów – czyli będzie albo żywy albo martwy.

 

Utrzymywanie stanu superpozycji kwantowej stanowi dla fizyków wielkie wyzwanie. Nie chodzi wyłącznie o wymiar teoretyczny tego zjawiska. Za jego sprawą pojawiają się bowiem liczne praktyczne zastosowania. W grę wchodzą między innymi pomiary o wysokiej precyzji czy też przetwarzanie informacji przez komputery kwantowe w wyjątkowo zaawansowany sposób.

 

Niedawno imponujących postępów w tej materii dokonali chińscy naukowcy. Przedstawiciele Uniwersytetu Nauki i Technologii piszą o przeprowadzonym eksperymencie w swojej publikacji mającej obecnie formę preprintu. Oznacza to, iż wciąż czeka na recenzje ze strony naukowego środowiska. Najważniejszą informacją płynącą z artykułu jest to, że członkowie zespołu badawczego utrzymali kota Schrödingera przy życiu przez 23 minuty i 20 sekund.

 

Cały eksperyment polegał na schładzaniu 10 000 atomów iterbu. Osiągnęły one temperaturę o kilka tysięcznych stopnia Celsjusza powyżej zera absolutnego, czyli najniższej możliwej temperatury występującej we wszechświecie. Uwięzione za pomocą światła, atomy mogły być kontrolowane z ogromną precyzją. Naukowcy umieścili je w stanie superpozycji, który utrzymał się przez rekordowe 1400 sekund. Sami zainteresowani dodają, iż zamierzają jeszcze bardziej wyśrubować ten wynik.