Fizycy wymyślili jak uratować kota Schrödingera

Jedyne, co dziś naukowcom dokładnie wiadomo, to to, że koty bardzo lubią skrzyni

W 1935 roku austriacki fizyk Edwin Schrödinger zaproponował eksperyment myślowy, w celu wykazać absurdalność mechaniki kwantowej. Uczestnikiem eksperymentu myślowego stał się kot Schrödingera, który wraz z substancją radioaktywną i specjalnym mechanizmem otwierającym kolby z trucizną, umieszcza się w szczelnie zamkniętym opakowaniu. W przypadku rozpadu promieniotwórczego atomu – a to może się zdarzyć w każdej chwili, ale kiedy dokładnie nie wiadomo – mechanizm otworzy pojemnik z trucizną i kot zginie. Ale dowiedzieć się, rozpadł się czy radioaktywny atom lub nie, można tylko patrząc na pudełko. Do tego momentu, zgodnie z zasadami fizyki kwantowej, kot jest jednocześnie i żywy, i martwy. Ten stan jest znany jako «kwantowej superpozycji» – zbiór wszystkich stanów, w których może jednocześnie znajdować się kot. Ale czy można jakoś uratować biedne zwierzę? Fizycy uważają, że tak.

Kot w pudełku

Uważa się, że kot Schrödingera może znajdować się jednocześnie w dwóch stanach, ale naukowcy z Yale university uważają, że kot może być nie tylko martwe lub żywe, ale że można go uratować od śmierci. Chodzi o wykrytym znaku ostrzegawczym dla kwantowe przejścia, które kiedyś były uważane za błyskawiczne i nieprzewidywalne. W rezultacie, los kota Schrödingera może być nie tylko przewidzieć z góry, ale nawet odwrócony! Mimo, że słynny kot Schrödingera – eksperyment myślowy, w nim zawarta jest kluczowym zagadka teorii kwantowej.

Podstawowe założenie mechaniki kwantowej polega na tym, że w najmniejszych skalach właściwości atomów czasoprzestrzeń jest krokowe, co oznacza, że cząsteczki biorą dyskretne, a nie ciągłe stanu. Na przykład elektron może znajdować się w низкоэнергетическом stanie, ale jeśli dodać trochę więcej energii, nie będzie wolno przejść do nowego высокоэнергетическое stan. Raczej w nowy stan, przełączy się on w sposób nieprzewidywalny. Ponadto, jeśli nie obserwować, to atom może przyjmować pośrednie stanu – będzie znajdować się w obu trybach jednocześnie, a następnie, jak tylko go zauważy, od razu przejdzie w jeden stan lub więcej.

Jednak eksperyment przeprowadzony w zeszłym roku, wygląda na to, komplikuje niektóre z głównych idei teorii kwantowej. Zgodnie z wynikami badań opublikowanych w czasopiśmie , fizykom udało się przewidzieć widok atomowego postępowania, zwany kwantowym skokiem, i nawet zwrócić skok odwrócić. Eksperyment okazał się możliwe na sztucznym atomie w warunkach laboratoryjnych.

podczas Gdy kot jest w pudełku, jest jednocześnie i żywy, i martwy

Należy zauważyć, że takie badania podnoszą bardziej poważne pytania o przyrodzie fizyka i mogą mieć ważne konsekwencje dla poprawy komputerów kwantowych, których praca opiera się na zasady mechaniki kwantowej. Więcej o tym, co to jest kwantowy komputer i jak on działa,

Jak przewidzieć skok?

Sztuczne atomy nazywany кубитами. są One stosowane jako podstawowe jednostki informacji w komputerze kwantowym. Przy każdym pomiarze кубита wykonuje skok, ale te skoki są nieprzewidywalne, a wszystkie próby budowania kwantowe obliczenia bardzo problematyczne. W próbach ratowania kota Schrödingera, zespół z Yale university opracował eksperyment dla pośredniego nadzoru сверхпроводящего кубита.

W Celu przeprowadzenia eksperymentu naukowcy przygotowali specjalną instalację, obejmującą trzy kuchenki alternatora do naświetlania кубита, które znajdowały się w hermetycznym trójwymiarowej obudowie z aluminium. W trakcie badania fizyki używane dwa specjalnie dostosowanych kuchenki sygnału. Jeden promień mikrofalowego światła dawał energię dla kwantowego skoku, a drugi pozwolił naukowcom monitorować sytuację. Odkryć kwantowych skoków udało się gdy «atom» возбуждался lub tracił energię. Jak "The Guardian", naukowcy uważają, że «kwantowych skoków» to nie tyle gwałtowne zmiany między poziomami energetycznymi atomów, ale stopniowe przejścia, więcej podobne na poślizg.

"Kwantowe skoki atomu w pewnym stopniu podobne do извержениям wulkanu. Są absolutnie nieprzewidywalne w dłuższej perspektywie, piszą autorzy badania

Pragnę Zauważyć, że w zwykłych atomach «stan» podane są w elektronu wokół jądra atomu, ale w tym sztucznym atomie stan zgłoszony przez квантованым właściwość, której wartość zmienia się w miarę postępów w elektronami ogrodzenia obudowy z aluminium. Technicznie ta kwantowa system – двухкубитный kwantowy komputer, kolejny tych samych zasadach, co inne kwantowe systemy, w tym elektrony wokół atomów.

Jednak, nawet nie patrząc na wspaniałe wyniki, u badaczy było tylko na chwilę przed tym, jak doszło do przejścia między stanami. Oznacza to, że naukowcy nie mogą przewidzieć dokładnydzień i czas przejścia stanu atomu. Ale ten poziom foresightu może być przydatna dla komputerów kwantowych. Technologia, oparta na tym eksperymencie, może pozwolić badaczów kwantowych obliczeń zidentyfikować błędy bezpośrednio w miarę ich powstawania.

Ważne jest, aby zrozumieć, że wciąż jest wiele do zrobienia, zanim te badania zostaną włączone w istniejące komputery kwantowe. Inni eksperci w tej dziedzinie mile widziane badanie, a profesor Влатко Ведрал z Oxford university określił go jako «bardzo piękny eksperyment». A jak myślicie, czy można uratować kota Schrödingera? Odpowiedzi