Udržet částici ve stavu superpozice po delší dobu bylo doposud nemožné. Teď se to zřejmě podařilo čínským fyzikům v experimentu, který připomíná slavný myšlenkový pokus nazývaný Schrödingerova kočka.
Kvantový svět je plný jevů a zákonů, jež fungují jinak než v „normálním“ světě. Tím nejslavnějším je myšlenkový experiment, kterému se říká Schrödingerova kočka. Popisuje zdánlivě nesmyslnou situaci, kdy nějaká částice může v jednom okamžiku mít více různých stavů – ale skutečný stav není a nemůže být známý. Fyzik Erwin Schrödinger ji popsal metaforou s kočkou.
Představte si kočku uzavřenou v neprůhledné krabici spolu s nějakým kvantovým systémem (například radioaktivním atomem), který může buď vyzařovat částici, nebo ne. Tento systém je spojený s mechanismem, který může buď otevřít sklenici s jedovatým plynem, nebo ji neotevře, v závislosti na tom, jestli se atom rozpadne, nebo ne. Pokud atom vyzařuje částici, spustí se mechanismus, který zabije kočku. Pokud atom nevyzařuje částici, kočka zůstane naživu.
Podle kvantové mechaniky atom může existovat v superpozici obou stavů – jak „rozpadlý“, tak „nerozpadlý“ – dokud není provedeno měření. To znamená, že až do okamžiku, kdy se otevře krabice a někdo se nepodívá, kočka je v superpozici stavu „živá“ a „mrtvá“ zároveň. Teprve po otevření krabice a provedení pozorování se její stav „zhroutí“ do jedné z možností – buď je živá, nebo mrtvá.
Kočka zavřená na 23 minut
Pokud se bude částice považovat za kočku, pak se podařil v kvantové mechanice velký úspěch. Vědci z čínské univerzity totiž v listopadu dokázali udržet atomy ve stavu kvantové superpozice po dobu 23 minut, tedy jako by kočka vydržela „ani živá-ani mrtvá“ po takhle dlouhou dobu.
Tamní vědci ochladili tisíce atomů ytterbia co nejblíže absolutní nule a pak je chytili do jakési elektromagnetické pasti tvořené laserem. Pak tyto „zastavené“ atomy mohli ovládat tak přesně, že je uvedli do superpozice dvou stavů, které se lišily spinem.
A protože „zamrzlé“ byly i okolní atomy, nemohly způsobit zhroucení svých sousedů. Díky tomu se podařilo lasery udržet atomy ytterbia v superpozici po dobu 1400 sekund, tedy 23 minut.
Jediným problémem je, že tato studie zatím neprošla recenzním řízením, vyšla teprve na takzvaném preprintovém webu. To znamená, že v experimentu mohou být metodologické chyby a nedostatky, takže některé parametry výsledků se ještě mohou změnit.
Proč je to důležité
Schopnost udržet kvantové stavy stabilní po tak dlouhou dobu by podle autorů studie mohla pomoci zvýšit odolnost kvantových zařízení a také lépe pochopit zvláštnosti kvantového světa. Po řadě dalších výzkumů by konečnou aplikací mohla být výroba kvalitnějších a stabilnějších kvantových počítačů.
Vědcům se sice dařilo už několik let zachytit miniaturní objekty, které jsou v superpozici; typicky jsou to částice světla a také miniaturní krystalky. Problém ale až doposud spočíval v tom, že tento stav vydržel částicím jen okamžik. Byly extrémně nestabilní a „kočka“ tedy v krabici nikdy nevydržela dlouho.
