Kočka, která není ani živá, ani mrtvá — a co přijde потом

Mám takový vzpomínku. Bylo mi patnáct a někdo mi poprvé vysvětloval Schrödingerovu kočku. Můj první dojem? Naprostá blbost. Kočka, která je zároveň živá i mrtvá, dokud ji někdo neotevře krabici? To snad nemyslí vážně.

A ono ne. Fyzici vůbec neměli v úmyslu lidem zamotat hlavu. Chtěli popsat jeden z nejzvláštnějších jevů kvantové mechaniky — fakt, že nepatorné částice můžou existovat ve více stavech najednou. Prostě být na dvou místech současně, mít dvě vlastnosti současně, dokud je někdo nezměří.

Původní myšlenkový experiment

Pro připomenutí, o co šlo (nebo kdybys to náhodou neznal — žádný problém):

Erwin Schrödinger, rakouský fyzik, si představil kočku v uzavřené krabici. S ní tam dal radioaktivní atom, Geigerův počítač a jed. Když se atom rozpadne, počítač spustí mechanismus, který rozbije ampulku s jedem. Výsledek si domyslíš. Když se atom nerozpadne, kočka přežije.

Tady přichází ta kvantová divnost. Dokud krabici neotevřeme, nevíme, co se stalo. Takže z našeho pohledu kočka existuje v superpozici obou stavů — živá i mrtvá zároveň. Až se podíváme, realita se teprve „rozhodne".

Mimochodem, nikdo nikdy neplánoval tenhle experiment provést doopravdy. Schrödinger ho vymyslel jako demonstraci, jak bizarní kvantová mechanika je, když ji aplikuješ na běžné věci. Kočky v krabicích nikdo nechtěl trápit. (Fu.)

Tady to začíná být zajímavé

Desítky let fyzikové tušili, že superpozice můžou být mnohem složitější než „dvě protichůdné věci najednou". Ale prakticky je vytvořit v laboratoři? To byla pořádná výzva.

Až donedávna.

Výzkumný tým z Oxfordské univerzity právě publikoval výsledky, které mi vyrazily dech. Podařilo se jim vytvořit takzvané „exotické" kvantové superpozice — v podstatě nové varianty Schrödingerových stavů kočky, které se nevejdou do jednoduchého modelu dvou možností.

Jak na to? Zachytili jeden ion stroncia-88 (protože kvantoví fyzici miluj svoje exotické prvky) a provedli mimořádně precizní manipulaci. Ovládali jak vnitřní kvantový stav iontu (jeho „spin", což je něco jako magnetická vlastnost), tak jeho pohyb v pasti.

Představ si to takhle: dřív jsme dokázali vytvářet superpozice jen mezi dvěma protichůdnými stavy. Jako vypínač, který je buď zapnutý, nebo vypnutý. Co ale Oxfordský tým dokázal, je jako kdyby vytvořili kvantový vypínač, který může být současně zapnutý, vypnutý, napůl zapnutý, blikající v určitém rytmu A ještě několik dalších konfigurací, pro které jsme ani neměli jména.

Hlavní výzkumník Sebastian Saner to shrnul takhle: teď mají „nástroj, kterým můžou tesat kvantové superpozice do téměř jakéhokoliv tvaru". Jakéhokoliv. To není malé tvrzení.

Proč by tě to mělo zajímat?

Tuším, co si říkáš — fajn pro fyziky, ale co z toho máme ostatní?

Tady je důvod: jsme v rané fázi budování kvantových počítačů. Tyhle stroje můžou změnit všechno — od objevování léků přes modelování klimatu až po prolomení šifrovacích kódů. Problém je, že jsou neuvěřitelně křehké a náchylné k chybám.

Současné kvantové počítače spoléhají na „dvouúrovňové" kvantové bity neboli qubity — v podstatě kvantovou verzi vypínače zapnutý/vypnutý. Kdybychom ale mohli pracovat se složitějšími kvantovými stavy, jako jsou ty, které tenhle výzkum umožňuje, možná bychom dokázali postavit odolnější systémy, které si líp opravují vlastní chyby.

Jak řekl Saner: „Učebnicový obrázek kvantového systému na dvou místech najednou je teprve začátek. Existuje mnohem rozsáhlejší krajina možných kvantových stavů a my se teprve učíme, jak k nim experimentálně přistupovat."

Ten větší obrázek

Tohle mě na celém příběhu fascinuje nejvíc: Feynmanův slavný výrok, že nikdo kvantovou mechaniku nechápe, pochází z roku 1964. Uběhlo skoro šedesát let a my pořád objevujeme nové aspekty téhle vědy. Pořád posouváme hranice toho, co realita dovoluje.

A upřímně? To mi přijde docela povzbudivé. Je toho tolik, co nevíme. Tolik co prozkoumat. Vesmír je divnější a pružnější, než nám naše každodenní intuice napovídá. A čas od času dostaneme ochutnávku, jak hluboká ta králičí nora vlastně je.

Takže až příště někdo na večeři vyrukuje se Schrödingerovou kočkou, můžeš mu říct: „Ach, to je tak minulé desetiletí. My už jsme daleko za jednoduchým scénářem živý-mrtvý. Kvantová fyzika teď dělá umění."

Hosté budou buď nadšení, nebo znepokojení. Každopádně budeš mít pravdu.