De kat van Schrödinger is back — en nu wordt het pas echt gek

Laat me eerlijk zijn: ik weet nog goed hoe iemand me voor het eerst over de kat van Schrödinger vertelde. Ik was een jaar of vijftien, en ik dacht dat het een grap was. Een kat die tegelijk levend én dood is totdat iemand de doos opent? Ja, vast. Dat is geen natuurkunde, dat is gewoon mensen naar hun verstand zetten.

Maar hier komt het: fysici waren helemaal niet aan het grappen. Ze probeerden iets uit te leggen over quantummechanica dat werkelijk moeilijk te bevatten is — het idee dat piepkleine deeltjes in meerdere toestanden tegelijk kunnen bestaan, alsof ze op twee plekken zijn of twee eigenschappen hebben, totdat we ze daadwerkelijk meten.

Het originele gedachte-experiment

Snel even de basics voor het geval je een opfrisser nodig hebt (of je het nooit geleerd hebt — geen zorgen).

De Oostenrijkse fysicus Erwin Schrödinger bedacht dat je een kat in een afgesloten doos kon stoppen met een radioactief atoom, een geigerteller en wat gif. Vervalt het atoom, dan activeert de teller een mechanisme dat een flesje gif breekt — en dan kun je zelf wel bedenken wat er met de kat gebeurt. Vervalt het atoom niet, dan leeft het beest gewoon door.

Het quantum-existente is dat je totdat je de doos opent niet weet welk scenario zich heeft afgespeeld. Vanuit ons perspectief bestaat de kat daarom in een superpositie van beide toestanden — tegelijk levend én dood. Pas als we kijken "kiest" de werkelijkheid welke uitkomst er was.

Dit was nooit bedoeld als een letterlijk experiment, trouwens. Schrödinger gebruikte het om juist te laten zien hoe vreemd quantummechanica wordt wanneer je opschaalt van piepkleine deeltjes naar alledaagse voorwerpen. Niemand was daadwerkelijk van plan om katten in dozen op te sluiten. (Gelukkig.)

En toen ging het ineens alle kanten op

Jarenlang vermoedden fysici dat superposities veel ingewikkelder konden zijn dan "twee tegenovergestelde dingen tegelijk." Maar die complexere toestanden daadwerkelijk maken in een lab? Dat was het lastige deel.

Tot nu, dus.

Een team van de Universiteit van Oxford publiceerde recent onderzoek dat mijn brein flink op pijnlijkワeg bezighoudt. Het is ze gelukt om wat je "exotische" quantumsuperposities zou kunnen noemen te creëren — essentially nieuwe varianten van Schrödingers kat-toestanden die niet passen in het simpele binaire model waar we tot nu toe mee werkten.

Hoe? Ze vingen een enkele strontium-88-ion (natuurlijk — quantumfysici zijn dol op exotische elementen) en deden some seriously delicate manipulation. Ze bestuurden zowel de interne quantumtoestand van het ion (de "spin," zoiets als een minuscuul magneetje) als de beweging in de val.

Stel het zo voor: voorheen konden we alleen superposities maken met twee tegenovergestelde toestanden. Zoals een lichtschakelaar die aan of uit staat. Wat het Oxford-team deed is alsof je een quantum-lichtschakelaar maakt die aan kan zijn, uit kan zijn, half aan, op een bepaald patroon kan knipperen, én verschillende andere configuraties waar we tot nu toe geen namen voor hadden — allemaal tegelijk.

Hoofdonderzoeker Sebastian Saner zei het zo: ze hebben nu een "gereedschap om quantumsuperposities in bijna elke vorm te beitelen." Elke vorm. Dat is geen kleine bewering.

Waarom zou jij je hier druk om maken?

Ik weet wat je denkt — dit is vast cool voor natuurkundenerds, maar doet het ertoe voor de rest van ons?

Hierom: we zijn momenteel bezig met de vroege opbouw van quantumcomputers, die van alles kunnen revolutioneren, van medicijnontdekking tot klimaatmodellen tot het kraken van versleutelingscodes. Maar deze machines zijn ongelooflijk kwetsbaar en vatbaar voor fouten.

Het probleem is dat onze huidige quantumcomputers leunen op "twee-niveau" quantum bits, of qubits — essentially de quantumversie van de aan/uit-schakelaar. Maar als we met complexere quantumtoestanden kunnen werken, zoals dit onderzoek mogelijk maakt, kunnen we misschien robuustere systemen bouwen die beter zijn in het corrigeren van hun eigen fouten.

Zoals Saner het verwoordde: "Het schoolboekbeeld van een quantumsysteem dat op twee plekken tegelijk is, is slechts het begin. Er is een veel groter landschap van mogelijke quantumtoestanden, en we zijn nog steeds aan het ontdekken hoe we die experimentele toegang kunnen krijgen."

De grotere plaatje

Wat me aan dit verhaal het meest raakt: Feynmans beroemde quote dat niemand quantummechanica echt begrijpt was uit 1964. Het is bijna zestig jaar later, en we zijn nóg steeds bezig met het ontdekken van nieuwe aspecten. We duwen nog steeds tegen de grenzen van wat de werkelijkheid toestaat.

En eerlijk? Dat voelt een beetje hoopvol. Er is nog zoveel dat we niet weten. Zoveel om te verkennen. Het universum is vreemder en flexibeler dan ons dagelijks intuïtie suggereert, en af en toe krijgen we een glimp van hoe diep de konijnenhol werkelijk gaat.

Dus de volgende keer dat iemand op een feestje over Schrödingers kat begint, kun je ze vertellen: "O, dat is van het vorige decennium. We zijn allang voorbij de basis levend-of-dood-scenario's. Quantumfysica is nu kunstzinnig."

Je tafelgenoten zijn dan onder de indruk of bezorgd. Hoe dan ook: je hebt gelijk.

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