Paul Sparks
0 
3335
924
Laserový puls odrazil atom rubidia a vstoupil do kvantového světa - převzal divnou fyziku „Schrödingerovy kočky“. Pak další udělal totéž. Pak další.
Laserové pulzy nerostly vousy nebo tlapy. Důležitým způsobem se však stali slavným kvantově-fyzickým myšlenkovým experimentem Schrödingerovy kočky: Byly to velké objekty, které fungovaly jako současně mrtvé a živé bytosti subatomické fyziky - existovaly v limbu mezi dvěma současnými, protichůdnými stavy. A laboratoř ve Finsku, kde se narodili, neměla žádný limit na to, kolik jich může udělat. Pulse po pulsu se proměnila v bytost kvantového světa. A ty „kvantové kočky“, i když existovaly jen zlomek vteřiny uvnitř experimentálního stroje, měly potenciál být nesmrtelný.
"V našem experimentu byla [laserová kočka] odeslána do detektoru okamžitě, takže byla zničena hned po jejím vytvoření," řekl Bastian Hacker, výzkumný pracovník v institutu Max Planck of Quantum Optics v Německu, který na experimentu pracoval. [Věda nebo fikce? Pravděpodobnost 10 konceptů Sci-Fi]
Ale nemusí to tak být, řekl Hacker .
„Optický stav může žít věčně. Takže kdybychom poslali puls ven na noční oblohu, mohl by žít ve svém [kočičím] stavu miliardy let.“
Tato dlouhověkost je součástí toho, co tyto impulsy činí tak užitečnými, dodal. Laserová kočka s dlouhou životností může přežít dlouhodobé cestování optickým vláknem, což z ní činí dobrou jednotku informací pro síť kvantových počítačů..
Kvantová kočka, mrtvá a živá
Co to znamená udělat laserový puls jako Schrödingerova kočka? Za prvé, kočka nebyla domácí zvíře. Byl to myšlenkový experiment, který fyzik Erwin Schrödinger v roce 1935 navrhl poukázat na naprostou nerozumnost kvantové fyziky, kterou on a jeho kolegové teprve objevili. [Jak funguje kvantové zapletení (Infographic)]
Takto to vypadá: Kvantová fyzika diktuje, že za určitých podmínek může mít částice dva protichůdné rysy současně. Spin částice (kvantové měření, které nevypadá úplně jako spřádání, které vidíme v makro měřítku), může být „nahoru“, zatímco je také „dole“. Pouze při měření jeho rotace se částice tak či onak zhroutí.
Fyzici mají několik interpretací tohoto chování, ale nejoblíbenější (tzv. Kodaňská interpretace) říká, že částice není ve skutečnosti točena nahoru nebo dolů, než je pozorována. Do té doby je to v jakémsi mlhavém podsvětí mezi státy a rozhoduje pouze o jednom nebo druhém, když je přinucen vnějším pozorovatelem..
Schrödinger si všiml, že to mělo nějaké bizarní důsledky.
Představoval si neprůhlednou ocelovou krabici, která obsahovala kočku, atom a uzavřenou skleněnou lahvičku jedovatého plynu. Pokud by se atom rozpadl (možnost, ale ne jistá věc, díky kvantové mechanice), mechanismus v krabici rozbije sklo a zabije kočku. Pokud by se atom nerozpadl, kočka by žila. Nechte kočku v krabici na hodinu, řekl Schrödinger a kočka by skončila v „superpozici“ mezi životem a smrtí.
Problém s tím, jak naznačoval, je v tom, že to nedává vůbec žádný smysl.
A přesto se Schrödingerova kočka stala jakousi užitečnou zkratkou pro věci v makro měřítku, které se řídí zákony klasické fyziky, ale interagují s kvantovými objekty tak, že nemají ani jednu, ani úplně jinou vlastnost..
V novém experimentu, popsaném v článku publikovaném 14. ledna v časopise Nature Photonics, vědci vytvořili laserové pulzy, které jsou v superpozici mezi dvěma možnými kvantovými stavy. Nazvaly malé pulsy „létající optické kočičí stavy“.
Aby je učinili, nejprve omezili atom rubidia do dutiny mezi dvěma zrcadly širokými jen 0,02 palce (0,5 milimetru) (asi na šířku zrnka soli). Atom může být v jednom ze tří stavů: ve dvou „pozemních“ stavech nebo v jednom „vzrušeném“ stavu. Když světlo vstoupilo do dutiny, zapletlo se s atomem, což znamená, že jeho stav byl zásadně spojen se stavem atomu.
Když pak světelný pulz zasáhl detektor světla, měl to prozrazující známky mezilehlosti, ani úplně nevystupoval tak, jako by byl spleten s jedním nebo druhým atomem. Byla to létající kočka vyrobená ze světla.
Hacker řekl, že to mezičlánek souvisí s pozicí světelných vln. Poté, co se podíval z atomu, světlo pokračovalo v pohybu vesmírem jako vlna: kopec a údolí, kopec a údolí.
Hacker však řekl, že v daném okamžiku světelná vlna dosáhla vrcholu kopce nebo klesla dolů do údolí. .
Světlo fungovalo, jako by mělo nejméně dvě různé vlny, z nichž každá tvořila zrcadlový obraz druhé.
(Ve skutečnosti by světlo mohlo mít ještě více možných tvarů: Jeho vlna měla vždy alespoň nějakou šanci obsadit každý bod mezi vrcholem „kopce“ a dnem „údolí“. Dvě vlny zrcadlového obrazu však představovaly dva nejpravděpodobnější nejisté stavy.)
Vědci uvedli, že tato schopnost posílat pohyblivé kočky z jednoho místa na druhé by mohla být užitečná pro kvantové vytváření sítí. Hacker řekl, že kvantové sítě se pravděpodobně budou spoléhat na to, že budou mezi kvantovými počítači posílat světlo sem a tam, nikoli na elektřinu.
„Nejjednodušší věcí, kterou by bylo možné poslat, by byly jednotlivé fotony, ale když se ztratí [což se stává často], jejich přenášené informace jsou pryč,“ řekl. „Kočičí stavy mohou kódovat kvantové informace způsobem, který nám umožňuje detekovat a korigovat optickou ztrátu. Přestože každý optický přenos má ztráty, lze informace přenášet dokonale.“
To znamená, že je ještě třeba vykonat nějakou práci. Zatímco vědci dokázali kočky vytvořit „deterministicky“, což znamenalo, že se kočka objevila vždy, když provedli svůj experiment, kočky ne vždy přežily krátkou cestu k přijímači světla. Optika je choulostivá a někdy světlo zmizelo, než se tam dostalo.
Rovněž by rozumný člověk mohl pochybovat o tom, zda se tyto světelné pulzy skutečně počítají jako Schrödingerovy kočky. Určitě se jedná o klasické objekty - což znamená, že se řídí deterministickými zákony velkých objektů - ale vědci v článku uznali, že v měřítku pouhých čtyř fotonů byl laser na okraji makroskopické a kvantové stupnice; a tak by se dalo říci, že jsou makroskopické pouze podle nejširších definic.
„Opravdu, několik fotonů není nic blízkého makroskopickému objektu v reálném světě,“ řekl Hacker. "Smyslem koherentních optických pulsů, jako jsou ty, které jsme použili, je to, že amplitudu lze kontinuálně zvyšovat bez jakékoli základní hranice."
Jinými slovy, určitě se jedná o drobné kočky. Neexistuje však žádný důvod, proč by se ta samá základní myšlenka nemohla použít k výrobě obřích Schrödingerových kočkovitých šelem.
Vědci ale nakonec věřili, že tento termín použijí, a „stav optického létajícího kočky“ má k tomu prsten.
- 9 největších nevyřešených záhad ve fyzice
- Velká čísla, která definují vesmír
- Twisted Physics: 7 Mind-Blowing Findings
Původně publikováno dne .