Котката на Шрьодингер вече не е просто жива или мъртва

Ще ви призная нещо. Когато за първи път чух за котката на Шрьодингер, бях на петнайсет и си помислих, че物理ците са си загубили напълно ума. Котка, която е едновременно жива И мъртва, докато не отвориш кутията? Това не е физика, това е чисто и просто лудост.

Но работата е там, че учените не са си правили шега с това. Те са се опитвали да обяснят един от най-невероятните аспекти на квантовата механика — идеята, че миниатюрни частици могат да съществуват в няколко състояния едновременно, докато не ги измерим.

Какво точно представлява този мисловен експеримент

Erwin Schrödinger, австрийският физик, си представя следното: затваряме котка в запечатана кутия заедно с радиоактивен атом, брояч на Гайгер и малко отрова. Ако атомът се разпадне, броячът задейства механизъм, който чупи флакона с отровата — и котката, общо взето, не преживява. Ако атомът не се разпадне, котката си живее спокойно.

Квантовата странност идва оттам, че докато не отворим кутията, не знаем коя от двете ситуации се е случила. Затова от наша гледна точка котката съществува в суперпозиция на двете състояния — жива И мъртва едновременно. Чак когато погледнем, реалността "решава" кое се е случило.

Това никога не е било замислено като реален експеримент. Между другото, самият Шрьодингер е искал да покаже колко странна става квантовата механика, когато преминеш от микроскопични частици към обикновени предмети. Никой не е възнамерявал да затваря котки в кутии. (Браво на всички.)

И тук започва истинското

Десетилетия наред физиците са подозирали, че суперпозициите могат да бъдат много по-сложни от обикновеното "две противоположни неща едновременно". Но да ги създадем в лаборатория? Това си е било сериозно предизвикателство.

До сега.

Екип от Оксфордски университет публикува изследване, което сериозно ми разкри очите. Те са успели да създадат това, което можем да наречем "екзотични" квантови суперпозиции — нови разновидности на коткови състояния на Шрьодингер, които не се побират в простия модел "да или не", с който сме свикнали.

Как? Задържат един единствен йон стронций-88 (разбира се — квантовите физици обичат екзотичните елементи) и извършват сериозна фина манипулация. Контролират както вътрешното квантово състояние на йона (неговия "спин", който е нещо като миниатюрно магнитно свойство), така и движението му в капана.

Представете си го така: досега можехме да създаваме суперпозиции само между две противоположни състояния. Като ключ за светлина — или включено, или изключено. Но това, което направиха от Оксфорд, е все едно да създадат квантов ключ, който може да бъде включен, изключен, частично включен, да мига в определена последователност И няколко други конфигурации, за които дори не сме имали имена — всичко това едновременно.

Ръководителят на изследването Себастиан Занер го каза така: сега разполагат с "инструмент, с който да моделират квантовите суперпозиции в почти всякаква форма." Всякаква форма. Това не е малко твърдение.

Защо изобщо трябва да ни пука?

Знам какво си мислите — звучи готино за физическите хардкор фенове, но какво от това за обикновените хора?

Ето защо може да има значение: в момента сме в началните етапи на изграждането на квантови компютри, които могат да променят всичко — от откриването на нови лекарства до моделирането на климата и разбиването на криптографски кодове. Но тези машини са невероятно крехки и податливи на грешки.

Проблемът е, че съвременните ни квантови компютри разчитат на "двустепенни" квантови бита — qubits — същността квантова версия на обикновения ключ вкл/изкл. Но ако можем да работим с по-сложни квантови състояния като тези, които това изследване прави възможни, може би ще успеем да изградим по-стабилни системи, които по-добре коригират собствените си грешки.

Както се изрази Занер: "Картинката от учебника за това как една квантова система е на две места едновременно е само началото. Съществува много по-голям пейзаж от възможни квантови състояния и ние все още учим как да го достигнем експериментално."

По-голямата картина

Това, което наистина ме впечатлява в цялата тази история: прочутата цитата на Файнман, че никой не разбира квантовата механика, е от 1964 година. Минали са близо шестдесет години и ПРОДЪЛЖАВАМЕ да откриваме нови аспекти на тези неща. Все още бутаме границите на това, което реалността позволява.

И искрено? Това ми се струва доста обнадеждаващо. Има толкова много неща, които не знаем. Толкова много за изследване. Вселената е по-странна и по-гъвкава, отколкото ежедневната ни интуиция подсказва, и от време на време получаваме проблясък колко дълбока е тази заешка дупка.

Така че когато следващия път някой спомене котката на Шрьодингер на вечеря, можете да му кажете: "О, това си е чист ретро. Отдавна сме преминали обикновените живо-или-мъртво сценарии. Квантовата физика вече стана арт."

Сътрапезниците ви или ще са впечатлени, или ще се притеснят. И в двата случая обаче — ще сте прави.