Kanskje, kanskje ikke – Kattens comeback i kvantefysikken

Jeg husker første gang noen prøvde å forklare Schrödingers katt for meg. Jeg var kanskje femten år gammel, og jeg tenkte at dette var det mest merkelige jeg noen gang hadde hørt. En katt som er både levende OG død helt til noen åpner en boks? Kom igjen nå. Det er da ikke fysikk, det er bare tull.

Men her er greia: Fysikerne var ikke ute etter å være smarte da de fant på dette. De prøvde å forklare en av de mest forvirrende sidene ved kvantemekanikken – nemlig at bitte små partikler kan eksistere i flere tilstander samtidig. Litt som om de er på to steder samtidig, eller har to egenskaper på en gang, helt til vi faktisk måler dem.

Det opprinnelige tankeeksperimentet

La meg gi deg den korte versjonen i tilfelle du trenger en oppfriskning (eller aldri lærte det i det hele tatt – ingen dom).

Erwin Schrödinger, den østerrikske fysikeren, tenkte seg en katt inni en forseglet boks sammen med et radioaktivt atom, en geigerteller og litt gift. Hvis atomet henfaller, utløser telleren en mekanisme som knuser giftflasken – og ja, du kan gjette hva som skjer med katten. Hvis atomet ikke henfaller, lever katten videre.

Kvanteunderverdenen kommer inn fordi vi rett og slett ikke vet hvilket scenario som utspilte seg før vi åpner boksen. Så fra vårt ståsted eksisterer katten i en superposisjon av begge tilstandene – levende OG død samtidig. Først når vi titter inn, "bestemmer" virkeligheten seg for hvilket utfall som skjedde.

Dette var aldri ment som et bokstavelig eksperiment, forresten. Schrödinger brukte det faktisk til å peke på hvor rart kvantemekanikken blir når du zoomer ut fra bitte små partikler til vanlige gjenstander. Ingen planla virkelig å putte katter i bokser. (Puh.)

Nå begynner det å bli interessant

I tiår har fysikere mistenkt at superposisjoner kan være langt mer kompliserte enn bare "to motsatte ting samtidig." Men å faktisk skape disse mer komplekse tilstandene i et laboratorium? Det har vært den vanskelige delen.

Fram til nå, altså.

Et team ved Oxford University har nettopp publisert forskning som ærlig talt får meg til å miste litt balansen. De har klart å skape det man kan kalle "eksotiske" kvantesuperposisjoner – altså nye varianter av Schrödingers katt-tilstander som ikke passer inn i den enkle ja/nei-modellen vi har jobbet med.

Hvordan? De fanget et enkelt strontium-88-ion (for det er selvfølgelig det kvantefysikere liker å jobbe med – eksotiske grunnstoffer) og gjorde noe skikkelig delikat manipulering. De kontrollerte både ionets indre kvantetilstand (det som kalles "spinn," som er litt som en liten magnetisk egenskap) OG bevegelsen i fella.

Tenk på det slik: Tidligere kunne vi bare lage superposisjoner som involverte to motsetninger. Som en lysbryter som enten er på eller av. Men det Oxford-teamet gjorde, tilsvarer å lage en kvantelysbryter som kan være på, av, delvis på, flimre i et spesifikt mønster, OG flere andre konfigurasjoner vi aldri engang har hatt navn på – alt samtidig.

Forskningsleder Sebastian Saner sa det slik: De har nå et "verktøy til å skulpturere kvantesuperposisjoner til nesten hvilken som helst form." Hvilken som helst form. Det er ikke en liten påstand.

Hvorfor bør du bry deg?

Jeg vet hva du tenker – dette høres kult ut for fysikknerder, men betyr det noe for folk flest?

Her er hvorfor det kanskje gjør det: Vi er akkurat nå i de tidlige fasene med å bygge kvantedatamaskiner, som kan revolusjonere alt fra legemiddelutvikling til klimamodellering til knekking av krypteringskoder. Men disse maskinene er utrolig skjøre og tilbøyelige til feil.

Problemet er at dagens kvantedatamaskiner er avhengige av "to-nivå" kvantebiter, eller qubits – altså bare kvanteversjonen av en av/på-bryter. Men hvis vi kan jobbe med mer komplekse kvantetilstander som forskningen denne studien muliggjør, kan vi kanskje bygge mer robuste systemer som er bedre til å rette opp egne feil.

Som Saner sa det: "Lærebokbildet av et kvantesystem som er på to steder samtidig, er bare begynnelsen. Det finnes et mye større landskap av mulige kvantetilstander, og vi holder fremdeles på å lære hvordan vi eksperimentelt kan få tilgang til det."

Det større bildet

Her er det som virkelig fascinerer meg med denne historien: Feynmans berømte sitat om at ingen forstår kvantemekanikken var fra 1964. Det er snart seksti år siden, og vi oppdager fremdeles nye sider ved dette. Vi skyver stadig grensene for hva virkeligheten tillater.

Og ærlig talt? Det føles litt håpefullt ut for meg. Det er fremdeles så mye vi ikke vet. Så mye å utforske. Universet er mer merkelig og fleksibelt enn vår daglige intuisjon antyder, og innimellom får vi et gløtt av hvor deep hullet egentlig er.

Så neste gang noen nevner Schrödingers katt på et middagsselskap, kan du si til dem: "Å, det er så 2010-tall. Vi er langt forbi de grunnleggende levende-eller-døde-scenarioene nå. Kvantefysikken har blitt kunstnerisk."

Middagsgjestene dine vil enten bli imponert eller bekymret. Uansett hva, så har du rett.

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