Noget der får dig til at tænke dig om to gange

Forestil dig, at du går ned ad en gade. Foran dig står en mur. Du går udenom, holder god afstand. Alligevel kan du mærke, at muren skubber til dig.

Det lyder vanvittigt, ikke? I vores normale verden giver det ingen mening. Men ude i kvanteverdenen? Der går det hele sin egen vej.

Den spøgelseagtige berøring

Forskere fra University of Oxford har bygget noget, der er ret imponerende. De har lavet en kvantecomputer, der kan simulere, hvad der sker, når en lillebitte partikel bliver stoppet af et magnetfelt — som den aldrig rørte ved.

Læs den sætning igen. Partiklen bevægede sig et sted hen, hvor der overhovedet ikke var noget magnetfelt. Alligevel ændrede den adfærd dramatisk.

Fænomenet hedder Aharonov-Bohm-effekten, og den har forvirret fysikere helt siden 1959.

Det normale er, at hvis du vil skubbe til noget, så skal du røre ved det. Måske i det mindste være tæt på. Men kvantefysik? Der er reglerne helt anderledes. En ladet partikel kan blive påvirket af magnetisk "flux" — tænk på det som usynlig magnetisk energi — selvom den bevæger sig i et område uden magnetfelt.

Sådan gjorde de

Forskerholdet fra Oxford byggede det, de kalder et hybridkvantesystem. Det er som at bygge en lille kvantelegplads med to hovedkomponenter.

Først brugte de qubits. Det er de grundlæggende enheder i kvanteinformation — ligesom bits i normale computere, bare meget mere ustabile og langt mere interessante. De kodede disse qubits i fangede ioner. Det er atomer med en elektrisk ladning, holdt på plads af elektromagnetiske felter.

Derefter tilføjede de kvanteoscillatorer, som kommer fra netop de samme ioners vibrationer. Disse repræsenterer bevægelse.

Ved at kombinere qubits med oscillatorer skabte de en simpel løkke, der fungerer som en slags byggesten for noget, der hedder en gittergaugeteori. Uden at dykke for dybt ned i matematikken: Disse teorier hjælper fysikere med at forstå, hvordan stof interagerer med universets grundlæggende kræfter — elektromagnetisme, den stærke kraft og den svage kraft.

Den virkelige magi: Kvantemekanisk sammenfiltring

Her bliver det virkelig interessant.

Forskerne satte deres qubits ind i en såkaldt sammenfiltret tilstand. Hvis du har hørt om kvantemekanisk sammenfiltring før, kender du nok til det forbundne fænomen, som Einstein kaldte "spøgelsesagtig handling på afstand".

I dette tilfælde blev sammenfiltringen en erstatning for magnetisk flux, der passerede gennem løkken. Partiklen blev påvirket af noget, den hverken kunne se eller røre — bare på grund af hvordan det kvantemekaniske system var forbundet.

Hvorfor skal du egentlig interessere dig for det?

Godt spørgsmål. Her er sagen: At simulere disse grundlæggende kvanteinteraktioner med normale computere er vanskeligt. Rigtig svært. Matematikken bliver så kompliceret, at selv supercomputere kommer i problemer.

Men kvantecomputere giver en anden tilgang. I stedet for at prøve at beregne alt skridt for skridt kan forskere bygge et kvantesystem, der følger de samme regler, og så bare... observere, hvad der sker.

Det er som at bygge labyrinten fysisk og sætte en lille robot ind i stedet for at løse den på papir.

Forskningen viser, at hybridkvantesystemer som det fra Oxford kan hjælpe os med at undersøge interaktioner, der er stadigt sværere at studere på andre måder. Det betyder noget, fordi forståelse af disse fundamentale interaktioner på sigt kan hjælpe os med at bygge bedre kvantecomputere, forstå universets grundlæggende byggesten — eller måske endda opdage helt ny fysik, vi slet ikke har forestillet os endnu.

Bundlinjen

Jeg vil ikke lade som om, det her er let at fatte. Jeg har læst om kvantefysik i år, og det får stadig min hjerne til at arbejde på en god måde.

Men det, der virkelig tænder mig: Vi lever i en tid, hvor forudsigelser fra støvede fysikartikler for årtier siden endelig bliver testet i rigtige laboratorier. Da Einstein drømte sine "spøgelsesagtige" idéer, kunne han aldrig have forestillet sig, at vi ville bygge maskiner til at udforske dem.

Næste gang nogen fortæller dig, at fysik er kedeligt eller ligegyldigt? Husk dette: Et sted derude bliver partikler skubbet rundt af usynlige kræfter, de aldrig rørte.

Og ærligt talt? Det er ret sejt.