Fyzici konečne vymysleli spôsob, ako zachrániť Schrödingerovu mačku

Čo keby sme mohli robiť kvantové predpovede? Tím fyzikov verí, že je to možné. V novej štúdii publikovanej v časopise Nature preukázali svoju schopnosť predpovedať niečo, čo sa nazýva kvantový skok a dokonca aj zvrátiť proces po jeho spustení. Ako tvrdia, zachránili Schrödingerovu mačku. 

Ale najprv sa pozrime na to, čo to Schrödingerova mačka vlastne je. Fyzik si predstavil scenár takto: V uzavretej krabici je mačka. V krabici je aj zdroj rádioaktívneho rozpadu, Geigerov počítač a zapečatená nádoba s jedom. Ak Geigerov počítač deteguje rádioaktívny rozpad jedného atómu, rozbije to nádobu s jedom, čo mačku zabije.

Neexistuje spôsob, ako nahliadnuť dovnútra, takže nemôžete vedieť, či je mačka nažive alebo je mŕtva. Existuje v obidvoch stavoch, kým krabicu neotvoríte. V okamihu, keď tak urobíte, je to okamžite jeden alebo druhý, úplne náhodne, a už nemôže byť oboje súčasne.

Celá táto imaginárna situácia je metaforou pre niečo, čo sa nazýva kvantová superpozícia, pričom častica (napríklad atóm, elektrón alebo fotón) môže existovať v niekoľkých energetických stavoch súčasne - až do bodu, v ktorom ju pozorujete.

Akonáhle je pozorovaný, jeho náhly náhodný prechod medzi energetickými stavmi je známy ako kvantový skok. A je to tento skok, ktorý fyzici dokázali nielen predpovedať, ale aj manipulovať, zámerne meniť výsledok. Vedci, vedení tímom na univerzite v Yale, tak robili pomocou umelých atómov nazývaných qubity, ktoré sa tiež používajú ako základné jednotky informácií v kvantovom počítači.

Zakaždým, keď zmeráte qubit, vykoná kvantový skok. Tie sú z dlhodobého hľadiska nepredvídateľné, čo môže spôsobiť problémy v kvantových výpočtoch. "Chceli sme vedieť, či by bolo možné získať vopred varovný signál, že k skoku dôjde bezprostredne," povedal fyzik Zlatko Minev z univerzity v Yale.

Tím navrhol experiment na nepriame pozorovanie supravodivého qubitu pomocou troch mikrovlnných generátorov na ožarovanie qubitu v uzavretom 3D kryte z hliníka. Toto mikrovlnné žiarenie prepína qubit medzi energetickými stavmi, zatiaľ čo iný lúč mikrovlnného žiarenia monitoruje krabicu. Keď je qubit v základnom stave, mikrovlnný lúč produkuje fotóny. Náhla absencia fotónov znamená, že qubit sa chystá urobiť kvantový skok do vzrušeného stavu.

Preto ďalší dokonale načasovaný pulz žiarenia môže zvrátiť kvantový skok potom, čo bol detegovaný a poslať qubit späť do jeho základného stavu; alebo, aby sa opieral o metaforu Schrödingerovej mačky, zabránil tomu, aby mačka zomrela (vzrušený stav) a priviedol ju späť k životu (základný stav).

Stále existuje dlhodobá nepredvídateľnosť, vedci napríklad nemôžu presne predpovedať, kedy nastane kvantový skok. Môže to byť za päť minút alebo päť hodín. Ale akonáhle skok začal, vždy nasleduje tú istú cestu. Počas 6,8 milióna skokov tím pozoroval, že vzor bol konzistentný.

"Kvantové skoky atómu sú trochu analogické s erupciou sopky. V dlhodobom horizonte sú úplne nepredvídateľné. Napriek tomu, so správnym monitorovaním môžeme s istotou odhaliť predbežné varovanie pred blížiacou sa katastrofou a konať pred ňou predtým, než k nej dôjde," uviedol Minev.