Când particulele se lovesc de pereți invizibili

Imaginiază-ți că te plimbi pe o stradă. În fața ta e un zid uriaș. Tu ocolești zidul, stai departe de el. Dar ceva te împinge. Te oprește. Cum e posibil așa ceva?

În lumea noastră? Nu se poate. Dar în lumea cuantică? Se întâmplă tot timpul.

Cercetătorii de la Oxford tocmai au demonstrat ceva incredibil

Au construit un computer cuantic care simulează o situație fascitantă: o particulă microscopică e oprită de un câmp magnetic pe care nu l-a atins niciodată. Particula nici măcar nu a trecut pe lângă el. Și totuși, comportamentul ei s-a schimbat dramatic.

Fenomenul se numește efectul Aharonov-Bohm, și îi uluiește pe fizicienii încă din 1959.

Ceea ce e extraordinar: în lumea noastră normală, ca să împingi ceva, trebuie să atingi sau să fii măcar aproape. Dar fizica cuantică are alte reguli. O particulă încărcată electric poate fi influențată de un „flux magnetic" chiar dacă se deplasează printr-o zonă unde nu există deloc câmp magnetic.

Cum au reușit asta?

Echipa de la Oxford a creat ceea ce numesc un sistem cuantic hibrid — un fel de teren de joacă microscopic cu două componente principale.

Componenta unu: qubiții. Aceștia sunt unitățile de bază ale informației cuantice. Gândește-te la ei ca la frații mai instabili și mai interesanți ai biților obișnuiți din computere. Cercetătorii i-au codificat în ioni captivi — atomi cu sarcină electrică, ținuți pe loc de câmpuri electromagnetice.

Componenta doi: oscilatorii cuantici, care vin din vibrațiile acelorași ioni. Aceștia reprezintă mișcarea.

Combinând qubiții cu oscilatorii, au creat o buclă simplă care servește drept element de bază pentru așa-numita teorie gauge pe rețea. Fără să intru în detalii matematice, aceste teorii îi ajută pe fizicieni să înțeleagă cum interacționează materia cu forțele fundamentale ale universului: electromagnetismul, forța tare, forța slabă.

Unde intervine magia: inseparabilitatea cuantică

Aici devine cu adevărat interesant. Cercetătorii au pus qubiții într-o stare de intricare cuantic — același fenomen ciudat pe care Einstein l-a numit „acțiune înfricoșătoare la distanță".

În acest experiment, intricarea a devenit un substitut pentru fluxul magnetic care trece prin bucla simulată. Particula a fost influențată de ceva invizibil și intangibil — doar datorită modului în care sistemul cuantic era conectat.

De ce ar trebui să ne intereseze?

Răspunsul simplu: simularea acestor interacțiuni cuantice fundamentale cu computere obișnuite este foarte greu. Matematica devine atât de complicată încât și supercomputerele încep să gâfâie.

Computerele cuantice oferă o abordare diferită. În loc să calculeze tot pas cu pas, oamenii de știință pot construi un sistem cuantic care respectă aceleași reguli și pot observa pur și simplu ce se întâmplă. E ca și cum ai construi un labirint în loc să rezolvi unul pe hârtie, apoi să trimiți un mic robot să-l exploreze.

Această cercetare arată că sistemele cuantice hibride precum cel de la Oxford ne pot ajuta să investigăm interacțiuni tot mai greu de studiat prin alte metode. Iar asta contează, pentru că înțelegerea acestor fenomene fundamentale ar putea duce în final la computere cuantice mai bune, la o mai bună cunoaștere a blocurilor de construcție ale universului — sau poate, poate, la o fizică cu totul nouă, pe care nici nu ne-am imaginat-o încă.

În concluzie

Nu o să pretind că astfel de lucruri sunt ușor de înțeles. Eu citesc despre fizica cuantică de ani de zile și tot îmi dă dureri de cap — în cel mai plăcut mod posibil.

Dar iată ce mă entuziasmează: trăim într-o perioadă în care predicții făcute acum decenii în articole de fizică prăfuite sunt testate în laboratoare reale. Când Einstein a visat la ideile lui „înfricoșătoare", nu și-ar fi imaginat că vom construi mașini pentru a le explora.

Data viitoare când cineva îți spune că fizica e plictisitoare sau irelevantă, amintește-ți: undeva, acolo afară, particulele sunt împinse de forțe invizibile pe care nu le-au atins niciodată. Și sincer? Asta e destul de mișto.