Fizicienii au făcut o armată zburătoare de pisici cu laser Schrödinger

Un impuls cu laser a respins un atom de rubidiu și a intrat în lumea cuantică - preluând fizica ciudată a „pisicii lui Schrödinger”. Apoi, altul a făcut același lucru. Apoi alta.

Impulsurile laser nu creșteau biciuri sau labe. Dar au devenit ca faimoasa gândire a fizicii cuantice experimentând pisica lui Schrödinger într-un mod important: Erau obiecte mari care acționau ca niște creaturi simultane moarte și vii ale fizicii subatomice - existente într-un limbo între două stări simultane, contradictorii. Iar laboratorul din Finlanda, unde s-au născut, nu avea nicio limită la câți puteau realiza. Pulsul după puls s-a transformat într-o creatură a lumii cuantice. Iar acele „pisici cuantice”, deși existau doar o fracțiune de secundă în mașina experimentală, aveau potențialul de a fi nemuritoare.

„În experimentul nostru, [pisica laser] a fost trimisă imediat la detector, astfel încât a fost distrus imediat după crearea sa”, a spus Bastian Hacker, cercetător la Max Planck Institute of Quantum Optics din Germania, care a lucrat la experiment. [Știință științifică sau ficțiune? Plauzibilitatea a 10 concepte Sci-Fi]

Dar nu trebuia să fie așa, a spus Hacker .

"O stare optică poate trăi pentru totdeauna. Deci, dacă am fi trimis pulsul pe cerul nopții, acesta ar putea trăi miliarde de ani în starea sa [asemănătoare cu pisica".

Această longevitate face parte din ceea ce face ca aceste impulsuri să fie atât de utile, a adăugat el. O pisică cu laser de lungă durată poate supraviețui călătoriilor pe termen lung printr-o fibră optică, ceea ce o face o bună unitate de informații pentru o rețea de calculatoare cuantice.

Pisică cuantă, moartă și vie

Deci, ce înseamnă să faci un impuls cu laser ca pisica lui Schrödinger? În primul rând, pisica nu era un animal de companie. A fost un experiment de gândire pe care fizicianul Erwin Schrödinger l-a propus în 1935 să sublinieze nerezonabilitatea pură a fizicii cuantice pe care el și colegii săi o descoperiseră doar. [Cum funcționează înțelegerea cuantică (infografic)]

Iată cum merge: Fizica cuantică dictează că, în condiții particulare, o particulă poate avea două trăsături contradictorii în același timp. Învârtirea unei particule (o măsurare cuantică care nu seamănă deloc cu filarea pe care o vedem la scala macro) ar putea fi „în sus”, în timp ce este „în jos”. Doar atunci când spinul său este măsurat, particulele se prăbușesc într-un fel sau altul.

Fizicienii au mai multe interpretări ale acestui comportament, dar cea mai populară (numită interpretarea de la Copenhaga) spune că particulele nu se învârtesc sau nu se învârt înainte de a fi observate. Până atunci, se află într-un fel de lume nebună între state și decide doar unul sau altul atunci când este obligat de un observator exterior.

Schrödinger a observat că aceasta avea niște implicații bizare.

El și-a imaginat o cutie de oțel opacă, care conține o pisică, un atom și o fiolă de sticlă sigilată cu gaz otrăvitor. În cazul în care atomul s-ar descompune (o posibilitate, dar nu este un lucru sigur, datorită mecanicii cuantice), un mecanism din cutie ar distruge sticla, ucigând pisica. Dacă atomul nu s-ar descompune, pisica ar trăi. Lăsați pisica în cutie timp de o oră, a spus Schrödinger, iar pisica va ajunge într-o „superpoziție” între viață și moarte.

Problema cu asta, presupunea el, este că nu are niciun sens.

Și totuși, pisica lui Schrödinger a devenit un fel de manevră utilă pentru lucruri la scară macro care se supun legilor fizicii clasice, dar interacționează cu obiecte cuantice, astfel încât acestea nu au nici în întregime o trăsătură, nici în întregime alta.

În noul experiment, descris într-o lucrare publicată pe 14 ianuarie în jurnalul Nature Photonics, cercetătorii au creat impulsuri laser care sunt în suprapunere între două stări cuantice posibile. Au numit micile impulsuri „starea de pisică optică zburătoare”.

Pentru a le face, mai întâi au limitat atomul de rubidiu la o cavitate între două oglinzi cu doar 0,02 inci (0,5 milimetri) lățime (aproximativ lățimea unui bob de sare). Atomul poate fi într-una din cele trei stări: două stări „sol” sau o stare „excitată”. Când lumina a intrat în cavitate, ea a fost legată de atom, ceea ce înseamnă că starea sa a fost legată fundamental de starea atomului.

Apoi, când pulsul de lumină a lovit un detector de lumină, acesta a avut semne de interconectare, nici nu acționau în totalitate ca și cum ar fi fost încurcat cu un fel de atom sau altul. Era o pisică zburătoare făcută din lumină.

Asta între relații avea legătură cu poziția undelor de lumină, a spus Hacker. După ce aruncă o privire spre atom, lumina a continuat să se miște prin spațiu ca un val: deal și vale, deal și vale.

Dar a devenit incert dacă în orice moment valul luminii ajungea în vârful unui deal sau cobora în jos pe o vale, a spus Hacker .

Lumina acționa de parcă ar avea cel puțin două unde diferite care o alcătuiau, fiecare o imagine în oglindă a celuilalt.

(În realitate, lumina ar putea avea forme și mai multe posibile: valul său a avut întotdeauna cel puțin o șansă de a ocupa fiecare punct dintre vârful unui „deal” și fundul unei „văi”. Dar două valuri cu imagini în oglindă reprezentau două state cel mai probabil incerte.)

Cercetătorii au spus că, pe drum, această capacitate de a trimite pisici în mișcare dintr-un loc în altul ar putea fi utilă pentru crearea de rețele cuantice. Acest lucru se datorează faptului că rețeaua cuantică se va baza probabil pe trimiterea de lumină înainte și înapoi între computerele cuantice, a spus Hacker, mai degrabă decât pe electricitate.

„Cel mai ușor lucru de trimis ar fi fotonii singuri, dar atunci când se pierd [ceea ce se întâmplă deseori], informațiile lor transportate au dispărut”, a spus el. "Stările pisică pot codifica informațiile cuantice într-un mod care permite [noi] să detectăm pierderile optice și să le corecteze. Deși fiecare transmisie optică are pierderi, informațiile pot fi transmise perfect."

Acestea fiind spuse, încă mai sunt de făcut. În timp ce cercetătorii au putut să creeze pisicile „cu determinare”, ceea ce înseamnă că o pisică a apărut ori de câte ori și-a efectuat experimentul, pisicile nu au supraviețuit întotdeauna scurtei călătorii către receptorul de lumină. Optica este complicată și, uneori, lumina a clipit înainte de a ajunge acolo.

De asemenea, o persoană rezonabilă ar putea să se întrebe dacă aceste impulsuri luminoase contează cu adevărat ca pisicile lui Schrödinger. Sunt cu siguranță obiecte clasice - ceea ce înseamnă că respectă legile deterministe ale obiectelor la scară largă - dar cercetătorii au recunoscut în lucrare că la o scară de doar patru fotoni, laserul se afla la marginea scării macroscopice și cuantice; și astfel s-ar putea spune că sunt macroscopice doar sub cea mai largă definiție.

"Într-adevăr, [câțiva] fotoni nu sunt aproape de un obiect macroscopic din lumea reală", a spus Hacker. „Punctul impulsurilor optice coerente precum cele pe care le-am folosit este acela că amplitudinea poate fi amplificată continuu fără nicio limită fundamentală”.

Cu alte cuvinte, cu siguranță, acestea sunt niște pisici minuscule. Dar nu există niciun motiv, aceeași idee de bază nu ar putea fi folosită pentru a face feline gigantice Schrödinger.

Dar cercetătorii au fost în cele din urmă încrezători în utilizarea termenului, iar „statul optic de pisică zburătoare” are un inel la acesta.

• Cele mai mari 9 mistere nesoluționate în fizică
• Numerele mari care definesc Universul
• Fizica răsucită: 7 constatări suflante

Publicat inițial la .