Pisica lui Schrödinger acum moartă și vie în două cutii deodată

Pisica lui Schrödinger pare că nu poate lua o pauză. Nefericitul felin imaginar este renumit pentru că este viu și mort în același timp, atâta timp cât rămâne ascuns într-o cutie. Oamenii de știință au făcut acum un pas mai departe, împărțind o pisică moartă vie între două cutii.

Iubitorii de animale se pot relaxa – nu există pisici reale implicate. În schimb, fizicienii au folosit microunde pentru a imita comportamentul cuantic ciudat al pisicii. Noul avans, raportat pe 26 mai în Ştiinţăaduce oamenii de știință un pas mai aproape de construirea calculatoarelor cuantice din astfel de sisteme.

Pisica lui Schrödinger este participantul nefericit la un experiment ipotetic imaginat de fizicianul Erwin Schrödinger în 1935. El și-a imaginat o pisică într-o cutie închisă cu o otravă letală care va fi eliberată dacă o probă de material radioactiv se descompune. După ce trece o anumită perioadă de timp, matematica cuantică poate oferi doar șansele ca materialul să se fi degradat și să elibereze otrava. Deci, din perspectiva cuantică, pisica este într-o stare de suprapunere – atât moartă, cât și vie. Rămâne în limb până când se deschide cutia și iese o pisică care toarce sau un cadavru fără viață (SN: 20.11.10, str. 15).

Într-o versiune de laborator reală a experimentului, microundele din interiorul unei cavități de aluminiu supraconductoare iau locul pisicii. În interiorul cavității special concepute, câmpurile electrice ale cuptorului cu microunde pot fi îndreptate în două direcții opuse în același timp – la fel cum pisica lui Schrödinger poate fi simultan vie și moartă. Aceste stări sunt cunoscute ca „stări de pisică”. Acum, fizicienii au creat astfel de stări de pisică în două cavități legate, împărțind astfel pisica în două „cutii” simultan.

Deși ideea unei pisici în două cutii este „un fel de capricios”, spune Chen Wang de la Universitatea Yale, un coautor al lucrării, nu este atât de departe de situația din lumea reală. Starea pisicii „este împărțită în două cutii, deoarece este o stare cuantică globală”. Cu alte cuvinte, pisica nu se află doar într-o cutie sau în alta, ci se întinde pentru a le ocupa pe amândouă.

Deoarece stările celor două cutii sunt legate – sau în limbajul cuantic, încurcate – dacă pisica se dovedește a fi vie într-o cutie, este vie și în cealaltă (SN: 20.11.10, str. 22). Wang îl compară cu o pisică cu două simptome de viață: un ochi deschis în prima casetă și bătăi ale inimii în a doua casetă. Măsurătorile din cele două casete vor fi întotdeauna de acord cu statutul pisicii. Pentru cuptorul cu microunde, aceasta înseamnă că câmpul electric va fi întotdeauna sincronizat în ambele cavități. Oamenii de știință au măsurat stările produse de pisică și au găsit o fidelitate de 81% – o măsură a cât de aproape era starea de starea ideală a pisicii. Această fidelitate este comparabilă cu cea atinsă în sisteme similare complexe, spun cercetătorii.

Rezultatul este un pas către calculul cuantic cu astfel de dispozitive. Cele două cavități ar putea servi scopului a doi biți cuantici sau qubiți. O piatră de poticnire pentru calculatoarele cuantice este că erorile se strecoară în mod inevitabil în calcule din cauza interacțiunilor cu mediul exterior care distrug proprietățile cuantice ale qubiților. Stările pisicii sunt mai rezistente la erori decât alte tipuri de qubiți, spun cercetătorii, astfel încât sistemul ar putea duce în cele din urmă la calculatoare cuantice mai tolerante la erori.

„Cred că au făcut niște progrese foarte mari”, spune Gerhard Kirchmair de la Institutul pentru Optică Cuantică și Informații Cuantice al Academiei Austriace de Științe din Innsbruck. „Au venit cu o arhitectură foarte frumoasă pentru a realiza calculul cuantic.”

Demonstrarea încurcăturii în sistemul cu două cavități este foarte importantă, spune Sergey Polyakov de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie din Gaithersburg, Md. „Următorul pas ar fi să demonstrăm că această abordare este de fapt scalabilă” prin adăugarea mai multor cavități la combinația pentru a construi un computer cuantic mai mare.