Schrödingerova mačka opäť posúva kvantovú fyziku dopredu: Výskumníkom ukázala úplne novú vec
Fyzici použili slávnu Schrödingerovu mačku na to, aby sa posunuli pri výskume superpozície ďalej. Zistili, že podmienky nemusia byť ideálne.
Kvantová fyzika je odbor, kde sa môžeš stretnúť s veľkým množstvom “bizarností”, aspoň teda z pohľadu klasického sveta. Jedným spôsobom ako demonštrovať svet kvantovej fyziky je cez slávnu Schrödingerovu mačku.
Je živá alebo mŕtva? Schrödingerová mačka je druh myšlienkového experimentu, ktorý ilustruje paradox kvantovej superpozície. Sformuloval ho rakúsky vedec Erwin Schrödinger v roku 1935. Schrodinger chcel týmto experimentom poukázať na problémy takzvanej kodanskej interpretácie kvantovej mechaniky, presnejšie na vlastnosti mikroskopických častíc, ktoré sú vo svojej podstate nezmyselné. Tento nonsens si môžeme jasne všimnúť, ak tieto princípy prenesieme na objekty z bežného života. Zároveň nám jednoduchou formou a takzvaným „sedliackym rozumom“ približuje zložité kvantové javy.
Prelomový objav
Z tohto experimentu vychádzajú aj takzvané “horúce Schrodingerove skupenstvá”, informuje portál univerzity v Innsbrucku. V rámci nového experimentu sa vedcom podarilo vytvoriť kvantovú superpozíciu aj pre termálne vzrušené sústavy. Pre lepšiu predstavu, typické kvantové stavy sa vytvárajú pri mimoriadne špecifických podmienkach, typicky pri extrémne nízkych teplotách. Vytvorenie Schrödingerových skupenstiev v teplejších podmienkach sa vedcom podarilo po prvýkrát.
“Schrödinger predpokladal, že živá, v tomto prípade “teplá” mačka môže existovať v stave superpozície. Chceli sme v našom výskume vedieť, či dokážeme generovať kvantové efekty aj keď nezačneme úplne “od podlahy” v chladnom stave,” vysvetľuje Gerhard Kirchmair, jeden z autorov štúdie.
Výskumníci použili transmón v mikrovlnnom rezonátore na vytvorenie hľadaných Schrödingerových stavov, pričom pracovali pri teplotách okolo 1,8 Kelvina (približne -271 stupňov Celzia). Hoci sa to zdá málo, ide o šesťdesiatnásobne vyššiu teplotu, s akou pracovali doteraz. Experiment ukázal, že môžeme vytvoriť mimoriadne zmiešané kvantové stavy so špecifickými kvantovými vlastnosťami.
Výskumníci použili dva špeciálne protokoly na vytvorenie horúcich stavov Schrödingerovej mačky. Tieto protokoly sa predtým používali na vytvorenie stavov mačky začínajúcich od základného stavu systému. Ukázalo sa, že adaptované protokoly fungujú aj pri vyšších teplotách a generujú odlišné kvantové interferencie.
Neprehliadni
“Mnohí z našich kolegov boli prekvapení, keď sme im prvýkrát povedali o našich výsledkoch, pretože zvyčajne si myslíme, že teplota je niečo, čo ničí kvantové efekty. Naše merania potvrdzujú, že kvantová interferencia môže pretrvávať aj pri vysokej teplote,” hovorí spoluautor štúdie, Thomas Agrenius.
Práca je dôkazom toho, že nepotrebujeme presne vyladené podmienky na vytvorenie a pozorovanie kvantových stavov. Tie sa objavujú a môžeme ich pozorovať aj v menej ideálnych, teplejších podmienkach. Autori štúdie zisťujú, že ak zvládneme vytvoriť potrebné interakcie, teplota eventuálne nehrá úlohu.
Kvantový svet v praxi
Výskumníci nedávno priniesli aj prelomový objav, ktorý môže preniesť kvantové počítače bližšie do reality. Nový objav by mohol nájsť uplatnenie v oblasti kryptografie, férovosti a súkromia. Autori štúdie pracovali s kvantovým počítačom, ktorý obsahoval 56 qubitov. Po prvýkrát sa im podarilo experimentálne dokázať “certifikovanú náhodu”. Ide o spôsob generovania náhodných čísel, ktoré sú skutočne náhodné. V prípade štúdie kvantový počítač vygeneroval sériu náhodných čísel a následne superpočítač potvrdil, že sú skutočne náhodné a práve generované. Autori štúdie vysvetľujú, že vďaka tomuto objavu sa posúvame bližšie k využitiu kvantových počítačov na úlohy, ktoré nevieme dosiahnuť pomocou klasických metód.
Kvantové počítače už preukázali, že majú výpočtovú silu oveľa väčšiu, ako aj tie najvýkonnejšie superpočítače na svete. Minulý rok sa objavili výskumy od Google a Quantinuum, ktoré dokázali na kvantovom počítači vykonať úlohy, ktoré sú nemožné na existujúcich superpočítačoch. Aj napriek tomuto úspechu bolo mimoriadne náročné vykonať na súčasných prototypoch kvantových počítačov nejakú praktickú úlohu. Viac o tom, ako sa výskumníkom podarilo vygenerovať náhodné čísla, nájdeš v tomto článku.
