פיזיקאים יצרו מין חדש לגמרי של החתול של שרדינגר
בניסוי מחשבתי איקוני, הפיזיקאי האוסטרי ארווין שרדינגר דמיין חתול שיכול להיות מת או חי – אנלוגיה חכמה למוזרות של סופרפוזיציות קוונטיות. כמעט מאה שנה לאחר החתול של שרדינגר, הפיזיקאים יצרו משפחה חדשה של "מצבי חתול" אקזוטיים בתחום הקוונטי.
סופרפוזיציות קוונטיות מתייחסות לאופן שבו מערכות קוונטיות יכולות להתקיים ביותר ממצב אחד בו-זמנית. פעולת ההתבוננות קובעת את המצב ה"סופי" של המערכת, כביכול. בסקירה פיזית לאחרונה X נְיָרפיזיקאים מדווחים על פיתוח של דרך חדשה ליצור ולשלוט בסופרפוזיציות קוונטיות בתנועה של מערכת יונים כלואים. כתוצאה מכך, הצוות יצר מגוון של מצבים עם "דפוסי הפרעה ייחודיים, סימטריה סיבובית וחתימות ברורות של התנהגות לא קלאסית", המחבר הראשי של המחקר סבסטיאן סנר אמר לגיזמודו.
במילים אחרות, פיזיקאים בנו משפחה מורחבת של סופרפוזיציה קוונטית המבוססת על מצבים קוונטיים אקזוטיים. יתרה מכך, השיטה החדשה מעניקה לחוקרים מידה רבה יותר של חופש בעבודה עם העולם הקוונטי.
"למרות שהפיזיקאים חושבים על סופרפוזיציות קוונטיות במשך יותר ממאה שנה, אנחנו עדיין מוצאים דרכים חדשות ליצור, לשלוט ולהבין אותן", אמר סנר, פיזיקאי מאוניברסיטת אוקספורד בבריטניה
אחד או לא
לפי א מסביר על ידי המכון הטכנולוגי של קליפורניה, שרדינגר התכוון לניסוי החתול "להדגים את מה שהוא ראה כאבסורד של מדע הקוונטים". אכן, יש משהו מוזר ברעיון של כל דבר – לא משנה חתול – שהוא מת וחי בו-זמנית, רק בגלל שאנחנו לא יכולים "לראות" ולאשר שזהו אחד מהם.
"זו כמובן דוגמה דרמטית, אבל היא תופסת משהו אמיתי במכניקת הקוונטים", אמר סנר. "הנקודה החשובה היא שסופרפוזיציה היא לא רק אי ודאות רגילה. זה לא פשוט שאנחנו לא יודעים באיזה מצב המערכת נמצאת".
האפשרויות הללו מקושרות לפי תבניות "מדוייקות מאוד" במכניקת הקוונטים, הוא הוסיף, והן יכולות להפריע זו לזו כמו גלים. תכונה זו היא מרכזית בניסויים באופטיקה קוונטית, שבה "מצב חתול" מתייחס בדרך כלל לסופרפוזיציה של שני מצבי מתנד נפרדים.
התיאוריה חיה
לצורך הניסוי, Saner ועמיתיו השתמשו ביון בודד של סטרונציום בתוך מלכודת יונים. לפי א הצהרת האוניברסיטה על פי הממצאים, הצוות עיצב את המלכודת כך שהמצב הפנימי של היון הסתבך במצבי תנועה אפשריים שונים. לאחר מכן, מדידה קוונטית באמצע המעגל של המצב הקרינה את תנועת היון לסופרפוזיציה מסוימת.
"במערכת שלנו, ליון יש שני חלקים חשובים: מצב קוונטי פנימי, שאנו קוראים לו לעתים קרובות ספין, והתנועה שלו, שמתנהגת כמו מתנד קוונטי", הסביר סנר לגיזמודו. באמצעות השיטה החדשה, הצוות מצא כי "הספין כבר לא רק עוזר לתווך את האינטראקציה; הוא הפך לכלי לפיסול המצב הקוונטי עצמו".
סנר הוסיף כי חלק מ"מצבי החתול" הללו נחזו תיאורטית לפני יותר מ-30 שנה, אך האתגר האמיתי היה "ליצור אותם במעבדה ולהוכיח שהם באמת היו שם", אמר.
מהחתול למציאות
אבל ההשלכות של הממצאים נמתחות מעבר להיותן מעניינים ביסודו. לְמָשָׁל, מערכות יונים כלואות הם מרכיב פופולרי של מחשוב קוונטי. מכיוון שהשיטה החדשה מציעה דרכים מדויקות ומגוונות לתמרן מערכות קוונטיות, הפוטנציאל שלה יכול להתרחב למחשבים קוונטיים, סימולציות ומערכות חישה, אמר סנר.
"תמונת ספר הלימוד של מערכת קוונטית שנמצאת בשני מקומות בו זמנית היא רק ההתחלה", הוסיף. "יש נוף הרבה יותר גדול של מצבים קוונטיים אפשריים, ואנחנו עדיין לומדים איך לגשת אליו בניסוי."