Kun ymmärsin, että kissa voi olla samaan aikaan elossa JA kuollut
Okei, ihan rehellisesti — muistan vieläkin, kun joku selitti minulle Schrödingerin kissan ensimmäistä kertaa. Olin varmaan viisitoista, ja ajattelin, että tämä on naurettavin asia, jonka olen koskaan kuullut. Kissa, joka on elossa JA kuollut samaan aikaan, kunnes joku avaa laatikon? No ei nyt sentään. Tämä ei ole fysiikkaa, tämä on pelkkää ihmisten pään menoa.
Mutta here's the thing: fyysikot eivät olleet pilailulla keksiessään tätä. He yrittivät selittää yhtä kvanttimekaniikan todella hämmentävistä puolista — sitä, että pienet hiukkaset voivat olla monta tilaa yhtä aikaa, vähän kuin ne olisivat kahdessa paikassa tai niillä olisi kaksi ominaisuutta samanaikaisesti, kunnes me oikeasti mittaamme niitä.
Alkuperäinen ajatuskoe
Kerrataan nopeasti, jos tarvitset kertausta (tai et koskaan oppinut — ei tuomita).
Itävaltalainen fyysikko Erwin Schrödinger kuvitteli laittavansa kissan suljettuun laatikkoon yhdessä radioaktiivisen atomin, Geiger-mittarin ja myrkkypullon kanssa. Jos atomi hajoaa, mittari laukaisee mekanismin, joka rikkoo myrkkypullon — ja no, voit arvata, mitä kissalle tapahtuu. Jos atomi ei hajoa, kissa elää vielä yhden päivän.
Kvanttihämäryys tulee siitä, että laatikon avaamiseen asti et tiedä, kumpi skenaario toteutui. Siksi meidän näkökulmastamme kissa on superpositsiossa molemmissa tiloissa — elossa JA kuollut samaan aikaan. Vasta kun katsomme, todellisuus "päättää", kumpi lopputulos tapahtui.
Tätä ei koskaan tarkoitettu kirjaimelliseksi kokeeksi, muuten. Schrödinger itse asiassa käytti sitä korostamaan, kuinka outoa kvanttimekaniikka on, kun siirtyy pienistä hiukkasista arkielämän esineisiin. Kukaan ei oikeasti suunnitellut vangitsevansa kissoja laatikoihin. (Uff.)
Sitten tapahtuu jotain villiä
Vuosikymmenien ajan fyysikot ovat epäilleet, että superpositiot voisivat olla paljon monimutkaisempia kuin vain "kaksi vastakkaista asiaa yhtä aikaa." Mutta näiden monimutkaisempien tilojen luominen laboratoriossa? Se oli se vaikea juttu.
Siihen asti, kunnes.
Oxforidin yliopiston tutkimusryhmä julkaisi juuri tutkimuksen, joka on rehellisesti sanottuna aika mieletön. He ovat onnistuneet luomaan sen, mitä voisi kutsua "eksoottisiksi" kvanttisuperpositioiksi — olennaisesti uusia Schrödingerin kissan tilojen lajikkeita, jotka eivät mahdu yksinkertaiseen binäärimalliin, jolla olemme työskennelleet.
Miten? He vangitsivat yhden strontium-88-ionin (koska tietysti — kvanttifyysikot rakastavat eksoottisia alkuaineita) ja tekivät jotain todella herkkää käsittelyä. He hallitsivat sekä ionin sisäistä kvanttitilaa (sen "spini", joka on vähän kuin pieni magneettinen ominaisuus) ETTÄ sen liikettä ansassa.
Ajattele asiaa näin: aiemmin pystyimme luomaan superpositioita vain kahdessa vastakkaisessa tilassa. Kuin valokytkin, joka on joko päällä tai pois päältä. Mutta mitä Oxforidin tiimi teki, on kuin loisi kvanttilampun, joka voi olla päällä, pois päältä, osittain päällä, vilkkuu tietyssä rytmissä JA useita muita konfiguraatioita, joille meillä ei ole edes nimiä — kaikki samaan aikaan.
Johtava tutkija Sebastian Saner totesi näin: heillä on nyt "työkalu veistää kvanttisuperpositioita melkein mihin muotoon tahansa." Mihin muotoon tahansa. Ei ihan pieni väite.
Miksi sinun pitäisi välittää?
Tiedän mitä ajattelet — tämä kuulostaa hienolta fysiikka-addikteille, mutta onko tällä merkitystä muille?
Tässä syy, miksi voisi olla: olemme parhaillaan rakentamassa kvanttitietokoneita, jotka voivat mullistaa kaiken lääkekehityksestä ilmastomallintamiseen salauskoodien murtamiseen. Mutta nämä koneet ovat uskomattoman hauraita ja alttiita virheille.
Ongelma on, että nykyiset kvanttitietokoneet perustuvat "kaksitasoisiin" kvanttibitteihin eli kubitteihin — olennaisesti kytkimen päällä/pois päältä kvanttiversioon. Mutta jos voimme työskennellä monimutkaisempien kvanttitilojen kanssa kuten tämä tutkimus mahdollistaa, ehkä voimme rakentaa robusteimpia järjestelmiä, jotka osaavat korjata omat virheensä paremmin.
Kuten Saner asian ilmaisi: "Oppikirjojen kuva siitä, että kvanttijärjestelmä on kahdessa paikassa yhtä aikaa, on vasta alkua. On olemassa paljon suurempi maisema mahdollisia kvanttitiloja, ja me opettelemme yhä, miten päästä niihin käsiksi kokeellisesti."
Suurempi kuva
Tämä on se, mikä todella jää mietityttämään: Feynmanin kuuluisa lainaus siitä, että kukaan ei ymmärrä kvanttimekaniikkaa, on vuodelta 1964. On kulunut lähes kuusikymmentä vuotta, ja me OLEMME Yhä löytämässä uusia puolia tästä. Olemme yhä työntämässä rajoja sille, mitä todellisuus sallii.
Ja rehellisesti? Se tuntuu vähän toiveikkaalta. On yhä niin paljon, mitä emme tiedä. Niin paljon tutkittavaa. Maailmankaikkeus on oudompi ja joustavampi kuin arkijärkemme antaa ymmärtää, ja silloin tällöin saamme vilauksen siitä, kuinka syvä kaniinin kolme oikeasti on.
Joten kun joku mainitsee Schrödingerin kissan seuraavan kerran illalliskutsulla, voit sanoa heille: "Oi, se on niin viime vuosikymmentä. Olemme jo ohittaneet perus elossa-tai-kuollut -skenaariot. Kvanttifyysiikasta on tullut taiteellista."
Illallispöydän muut joko vaikuttuvat tai huolestuvat. Kummin vain, olet oikeassa.
Lähde: https://www.popularmechanics.com/science/a71715312/new-schrodingers-cat