Az oxfordi fizikusok új szintre emelték Schrödinger macskáját

Az Oxfordi Egyetem kutatói egy teljesen újfajta kvantumszuperpozíciót hoztak létre, amely a híres Schrödinger-macska gondolatkísérletnél is érdekesebb eredményeket mutat. Míg eddig a kísérletek döntően klasszikusabb állapotokból indultak ki, most rendkívül nem klasszikus kvantumkomponensekből építettek fel új szuperpozíciós állapotokat. Ez áttörést hozhat a kvantumszámítógépek fejlődésében, javíthatja az érzékelés pontosságát, és egészen új kérdések felvetését teszi lehetővé a kvantumfizika alapjait illetően.

Mire képes a kvantumvilág?

A kvantummechanika egyik legmegdöbbentőbb sajátossága, hogy egy rendszer egyszerre több állapotban is létezhet. Ezt példázza Schrödinger elméleti macskája, amely addig létezik élő és halott állapotban egyszerre, amíg meg nem figyelik — de a laboratóriumi valóságban is létrehozhatók ilyen, szuperpozíción alapuló állapotok. Atomok, fény, sőt a mozgás is vihető egyszerre több kvantumállapotba. Ez az elv elengedhetetlen a kvantumszámítógépek vagy rendkívül pontos órák működéséhez. Az eddig ismert példák, például a kvantumbitek — qubitek — képesek egyszerre 0 és 1 állapotban lenni, de a kvantumvilág valójában ennél jóval bonyolultabb.

Új kvantumállapotok születése

A kutatók most először nem a megszokott, egymással ellentétes (úgynevezett kohérens) állapotokból alkottak szuperpozíciót, hanem olyan kvantumkomponensekből, amelyek már eleve erősen eltérnek a megszokott fizikai rendszerektől. Ezekben, például az úgynevezett szorított állapotok (squeezed states) szuperpozícióiban, a kvantumbizonytalanság másként oszlik el az állapot részei között. A kísérlet alapja egy csapdázott ion mozgása volt: ez az ion egyszerre viselkedik qubitként és kvantumharmonikus oszcillátorként, amely számos lehetséges mozgási állapotban lehet jelen.

Programozható irányítás és valódi kvantum-meglepetések

Ezután a kutatók úgy programozták a rendszert, hogy az ion belső és mozgási állapotait egymással összefonódott módon hozzák létre, majd egy speciális kvantumméréssel elérjék, hogy az ion mozgása a kívánt szuperpozíciós állapotba kerüljön. Így szinte tetszőleges alakú kvantumszuperpozíciókat tudtak készíteni. Az eredményeket úgy rekonstruálták, hogy láthatóvá tették a kvantuminterferenciát és az úgynevezett Wigner-negativitást is, amely nem jellemző a klasszikus fizikai rendszerekre.

Jövőbeli lehetőségek a kvantumtechnológiában

A kutatócsoport jelenleg elméleti szakértőkkel együttműködve igyekszik feltárni, mennyire kvantumosak az általuk létrehozott újszerű állapotok. Mindez irányt mutat a jövő kvantumtechnológiái felé, ahol az oszcillátorokon (és nem pusztán egyszerű qubiteken) alapuló megoldások kerülhetnek előtérbe. Ezek az állapotok várhatóan kevésbé lesznek érzékenyek a hibákra, ugyanakkor egyszerűbb és hatékonyabb hibajavítás is alkalmazható lesz. Emellett új eszközt adnak a klasszikus és a kvantumvilág közötti határ további vizsgálatához.

2026, adminboss, www.sciencedaily.com alapján