Podwójny dlatego, że nie tylko chodzi o historyczny wyczyn, ale dodatkowo można go zapisać na konto polskich naukowców (wciąż będących studentami). To właśnie oni, przedstawiciele Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, wraz z badaczami z Centre for Quantum Optical Technologies (również UW), dokonali cząstkowej transformaty Fouriera przy użyciu podwójnego impulsu optycznego. A wszystko to z wykorzystaniem pamięci kwantowej, dzięki czemu przedstawiona doświadczalna implementacja transformacji w takim układzie była pierwszą na świecie.
Czytaj też: Kwantowy świat ma coraz mniej tajemnic. Ostatnie dokonania ucieszą każdego z nas
O szczegółach całego przedsięwzięcia autorzy piszą na łamach Physical Review Letters. My wyjaśniamy natomiast, co dokładnie udało im się zrobić i dlaczego to takie ważne. Zacznijmy od przypomnienia, czym był kot Schrödingera. Nazwa ta odnosi się do eksperymentu myślowego zaproponowanego przez austriackiego fizyka, Erwina Schrödingera. To właśnie on wymyślił, iż można byłoby umieścić hipotetycznego kota w pojemniku zawierającym truciznę, promieniotwórcze źródło oraz miernik promieniowania.
Po co to wszystko? Źródło promieniotwórcze miało się rozpadać, emitując promieniowanie jonizujące, natomiast detektor odpowiadałby za wykrywanie cząstek i uwalnianie trującego gazu w reakcji na ten rozpad. Zdrowy rozsądek podpowiadałby, że dopóki pojemnik będzie zamknięty, to będzie istniało 50-procentowe prawdopodobieństwo, iż zwierzę żyje (bo nie doszło do uwolnienia gazu) bądź nie.
Za ostatnimi badaniami w tej sprawie stoją Polacy związani z Uniwersytetem Warszawskim
W świecie kwantowym sprawy mogą się jednak mieć nieco wbrew logice, a eksperyment z nieszczęsnym kotem idealnie to pokazuje. Z punktu widzenia tych realiów zwierzę będzie jednocześnie martwe i żywe, ponieważ znajduje się w stanie znanym jako superpozycja. Pojęcie to jest często używane w odniesieniu do komputerów kwantowych, wykorzystujących tzw. kubity, które mogą przyjmować wartości 0, 1 bądź obie jednocześnie. Gdy pojemnik zostanie otwarty, to dopiero wtedy kot będzie żywy lub martwy, ale zanim zajrzymy do środka, zwierzę będzie w obu tych stanach jednocześnie.
Dokonując cząstkowej transformaty Fouriera z użyciem podwójnego impulsu optycznego, polscy naukowcy zapisali się w historii, ponieważ jako pierwsi zrobili to w odniesieniu do układu znanego z eksperymentu zaprojektowanego przez Schrödingera. Czas trwania impulsu oraz częstotliwość to cechy światła (fali), a transformata Fouriera umożliwia przejście od opisu fali w czasie do opisu jej widma w częstotliwościach. Cząstkowa transformata Fouriera stanowi uogólnienie transformaty Fouriera, co odegrało w tym przypadku niebagatelną rolę.
Kot Schrödingera był jednym z elementów eksperymentu zaprojektowanego przez austriackiego fizyka, Erwina Schrödingera
Dzięki dobrodziejstwom częściowego przejścia od opisu fali w czasie do opisu w częstotliwości możliwe jest eliminowanie szumów i tworzenie algorytmów pozwalających wykorzystać kwantową naturę światła do rozróżniania impulsów o różnych częstotliwościach z wyższą od dotychczasowej skutecznością. Takie podejście procentuje między innymi w spektroskopii oraz w telekomunikacji. Członkowie zespołu zaimplementowali również pamięć kwantową zdolną do kwantowego przetwarzania światła i opartą na chmurze atomów rubidu.
Te ostatnie zostały schłodzone do temperatury bliskiej zeru absolutnemu, natomiast pamięć znajdowała się w zmiennym polu magnetycznym. Emitowany impuls poddawano działaniu soczewki czasowej podczas zapisu i odczytu, natomiast soczewka częstotliwościowa miała na niego wpływ podczas przechowywania. Dzięki przełomowi dokonanemu przez Polaków możliwe jest wykorzystywanie takich soczewek w bardzo szerokim zakresie parametrów i to z możliwością ich programowania.
Czytaj też: Coś we wszechświecie szumi. Fizycy dokonali historycznego przełomu
Skąd w ogóle porównanie do kota Schrödingera? Chodzi o podatność podwójnych impulsów na dekoherencję. W ramach dalszych wysiłków zespół badawczy powinien rozszerzyć swoją metodę na inne długości fal oraz zakres parametrów, by w przyszłości takie podejście mogło zostać zastosowane na przykład w tworzeniu zaawansowanych sieci. Idąc dalej, cząstkowa transformata Fouriera powinna wzbudzić zainteresowanie inżynierów zajmujących się projektowaniem urządzeń wykorzystywanych w komunikacji satelitarnej.
