Schrödinger macskája már a múlté? – Az oxfordi áttörés, ami mindent megváltoztathat

Hadd meséljek valamit. Tizenöt éves lehettem, amikor először hallottam Schrödinger macskájáról. És az volt az első gondolatom: ez komolyan? Egy macska, ami egyszerre él ÉS halott, amíg ki nem nyitunk egy dobozt? Ne már. Ez nem fizika, ez valami vicc.

Aztán persze később rájöttem, hogy a fizikusok nem azért találták ki ezt az egészet, hogy kiakasszák az embereket. Épp ellenkezőleg: egy igazi, rémisztő jelenségre akarták felhívni a figyelmet. A kvantummechanika egyik legfurcsább tulajdonságára: arra, hogy a pici részecskék egyszerre több állapotban is létezhetnek. Mintha két helyen lennének egyszerre, vagy két tulajdonságuk lenne egyszerre – egészen addig, amíg meg nem mérjük őket.

A klasszikus gondolatkísérlet

Szóval miről is szól ez az egész? Röviden, hátha kell egy kis frissítő:

Erwin Schrödinger osztrák fizikus elképzelt egy macskát egy lezárt dobozban. Ott van vele egy radioaktív atom, egy Geiger-számláló és egy üveg méreg. Ha az atom elbomlik, a számláló beindít egy mechanizmust, ami összetöri a mérget – és a macska, nos, elbúcsúzhat az élettől. Ha az atom nem bomlik el, a cicus tovább éldegél.

A kvantum-zűrzavar ott jön be, hogy amíg ki nem nyitjuk a dobozt, nem tudjuk, mi történt. Számunkra tehát a macska egyszerre él ÉS halott – mindkét állapotban egyszerre. Csak akkor „döntődik el" a valóság, amikor megnézzük.

Fontos tudni: ez sosem volt komolyan gondolt kísérlet. Schrödinger pont azért találta ki, hogy rámutasson, mennyire furcsa lesz a kvantummechanika, ha a parányi részecskékről átmegyünk a hétköznapi tárgyakra. Senki nem akart ténylegesen macskákat dobozokba zárni. (Kösz,良好.)

Most jön a java

Évtizedek óta gyanítottuk, hogy a szuperpozíciók sokkal bonyolultabbak lehetnek, mint hogy „két ellentétes dolog egyszerre". De ezeket a komplexebb állapotokat megvalósítani egy laborban? Az volt a nehéz rész.

Egészen mostanáig.

Az Oxfordi Egyetem egyik csapata most publikált egy kutatást, ami egyszerűen lenyűgöző. Olyan „exotikus" kvantum-szuperpozíciókat sikerült létrehozniuk, amik nem illeszkednek abba az egyszerű, kettes logikába, amit eddig használtunk.

Hogy csinálták? Egyetlen stroncium-88 iont fogtak be (persze, a kvantumfizikusok imádják az egzotikus elemeket), és elképesztő precizitással manipulálták. Kontrollálták az ion belső kvantumállapotát – ez a „spin", ami olyan, mint egy picike mágneses tulajdonság – ÉS a trap-ban való mozgását is.

Gondolj bele így: eddig csak két ellentétes állapotot tartalmazó szuperpozíciókat tudtunk létrehozni. Mint egy villanykapcsoló, ami vagy fel, vagy le. Amit az Oxfordi csapat csinált, az olyan, mintha egy kvantumkapcsolót hoztunk volna létre, ami egyszerre lehet fel, le, félig fel, egy bizonyos mintában villoghat, ÉS még néhány olyan állapotban is lehet, amiknek eddig még neve sem volt – mindezt egyszerre.

A kutatás vezetője, Sebastian Saner így fogalmazott: most már van egy „eszközük, amivel a kvantum-szuperpozíciókat szinte bármilyen formára szabhatjuk." Bármilyen formára. Ez nem kis宣称.

Miért kéne ez nekünk?

Ja, tudom, mit gondolsz: jól hangzik a fizikusoknak, de nekünk, egyszerű halandóknak mi a fenét számít?

Nézzük meg, miért fontos: éppen most építjük a kvantumszámítógépeket, amik forradalmasíthatják a gyógyszerkutatást, az éghajlati modellezést, a titkosítás feltörését – szóval minden fontos területet. Csakhogy ezek a gépek rendkívül törékenyek, és hemzsegnek a hibáktól.

A probléma az, hogy a mai kvantumszámítógépek „két-szintű" kvantumbitekre, qubitekre épülnek – lényegében a be/ki kapcsoló kvantum-változatára. De ha komplexebb kvantumállapotokkal tudunk dolgozni, mint amiket ez a kutatás lehetővé teszi, akkor talán strapabíróbb rendszereket építhetünk, amik jobban ki tudják javítani a saját hibáikat.

Saner szavaival: „A tankönyvek képe arról, hogy egy kvantumrendszer egyszerre van két helyen, csak a kezdet. Egy sokkal nagyobb táj van a lehetséges kvantumállapotokból, és még tanuljuk, hogyan juthatunk el kísérletileg oda."

A nagyobb kép

És itt jön az, ami igazán megfogott ebben az egészben: Feynman híres mondása arról, hogy senki sem érti igazán a kvantummechanikát, 1964-ből származik. Majdnem hatvan év telt el azóta, és még mindig új dolgokat fedezünk fel. Még mindig toljuk a határokat, hogy megtudjuk, mit enged meg a valóság.

És őszintén? Ez valahogy reménykeltő. Még mindig rengeteg mindent nem tudunk. Rengeteg felfedeznivaló van. A világegyetem sokkal furcsább és rugalmasabb, mint amit a hétköznapi intuíciónk sugall, és időről időre kapunk egy kis betekintést, milyen mélyre is nyúlik ez a nyúllyuk.

Szóval legközelebb, amikor valaki a Schrödinger-macskát hozza szóba egy vacsorapartin, mondd neki: „Ja, az már a múlt évtized. Túl vagyunk az alap alive-or-dead szcenáriókon. A kvantumfizika most ment művészi irányba."

A vacsoravendégeid vagy lenyűgözöttek lesznek, vagy aggódni kezdenek. Bármelyik is, igazad lesz.

Forrás: https://www.popularmechanics.com/science/a71715312/new-schrodingers-cat