Powstał najcięższy kot Schrödingera. Jak udało się tego dokonać?

Pewnie kojarzycie kota Schrödingera, czyli hipotetyczne zwierzę, które może być jednocześnie żywe i martwe. Do jego “stworzenia” doszło w ramach eksperymentu myślowego z 1935 roku. Wiele lat później naukowcy stworzyli coś, co można nazwać rekordowo ciężkim kotem Schrödingera.
Powstał najcięższy kot Schrödingera. Jak udało się tego dokonać?

Tak przynajmniej twierdzą w swojej publikacji na łamach Science. Przedstawiciele ETH w Zurychu wykorzystali niewielki kryształ, który został wprowadzony w stan superpozycji dwóch stanów oscylacyjnych. Dzięki dotychczasowym osiągnięciom możliwe powinno stać się tworzenie bardziej wytrzymałych kubitów oraz wyjaśnienie, dlaczego superpozycje kwantowe są niemożliwe do zaobserwowania w świecie makroskopowym.

Czytaj też: Ten obiekt nie powinien się tak zachowywać. Gdzie jest granica efektów kwantowych?

Zacznijmy jednak od tego, na czym w ogóle polegał oryginalny eksperyment. Jego założeniem było to, iż zwierzę jest zamknięte w metalowej skrzynce razem z substancją radioaktywną, licznikiem Geigera i kolbą z trucizną. W pewnym przedziale czasowym atom może, choć nie musi, rozpaść się, a produkty tego rozpadu mogą spowodować zadziałanie licznika Geigera i uruchomienie mechanizmu, który rozbije kolbę z trucizną. To z kolei doprowadzi do śmierci kota.

Brutalny (ale wciąż myślowy) eksperyment ma na celu pokazanie, iż kot jest żywy bądź martwy, a z zewnątrz nie da się tego stwierdzić. W efekcie, z perspektywy kwantowej, powinien on znajdować się w stanie superpozycji między żywym a martwym. Aby odtworzyć tę sytuację w świecie kwantowym, naukowcy użyli oscylującego kryształu z obwodem nadprzewodzącym. Pierwszy stanowił odpowiednik kota, podczas gdy drugi – pierwotny atom. Wspomniany obwód może przyjmować wartości 0, 1 lub obie jednocześnie.

Rekordowo ciężki kot Schrödingera waży 16 mikrogramów

Członkowie zespołu skorzystali również z warstwy materiału piezoelektrycznego, który wytwarza pole elektryczne, gdy kryształ zmienia kształt podczas oscylacji. Może ono zostać sprzężone z polem elektrycznym kubitu, dzięki czemu superpozycja tego bitu kwantowego może zostać przeniesiona do kryształu.

Umieszczając dwa stany oscylacyjne kryształu w superpozycji, efektywnie stworzyliśmy kota Schrödingera ważącego 16 mikrogramów. To mniej więcej masa drobnego ziarenka piasku i nigdzie indziej nie spotykana masa kota, ale wciąż kilka miliardów razy cięższa od atomu lub cząsteczki, co czyni go najtłustszym kotem kwantowym do tej pory. wyjaśnia Yiwen Chu 

Czytaj też: To urządzenie ma rozmiary monety! Splątanie kwantowe fotonów nie wymaga już laboratorium

Dotychczasowe dokonania mogłyby zaprocentować choćby w ten sposób, iż informacje kwantowe przechowywane w kubitach staną się bardziej odporne na uszkodzenia. Z kolei wysoka wrażliwość masywnych obiektów w stanach superpozycji na zewnętrzny szum mogłaby zostać wykorzystana do prowadzenia precyzyjnych pomiarów drobnych zaburzeń, choćby w postaci fal grawitacyjnych czy podczas poszukiwania ciemnej materii. Jak widać, nawet pozornie mało przydatne z punktu widzenia praktycznych zastosowań eksperymenty mogą dostarczyć korzyści, których doświadczymy za jakiś czas w życiu codziennym… i nie tylko.