Výskumníci pomocou kvantovej mechaniky videli objekty bez toho, aby sa na ne pozerali
Vedci v novom experimente našli spôsob ako vykonať pozorovania bez interakcie, ktoré sú pre svet kvantovej fyziky kľúčové.
Vidieť dokážeme vďaka časticiam svetla, ktoré sú absorbované bunkami v našich zreniciach. Dokáže však zrak existovať aj bez svetla? Túto otázku sa pýtali vedci z Aalto University, ktorí pomocou zákonov kvantovej mechaniky dokázali pozorovať objekty bez toho, aby sa na ne pozreli.
Ak sa vám to zdá zvláštne, kvantová fyzika je plná vecí, ktoré by v „normálnom“ svete nemali dávať zmysel. Bizarnosť kvantových teórií dokázal demonštrovať Erwin Schrödinger svojim známym experimentom s mačkou a zatvorenou krabicou.
Autori nového výskumu vysvetľujú, že ak by ste mali mimoriadne citlivý fotografický film, ktorý by zničil len jediný fotón svetla, v bežnom živote by ste nemali ako vedieť, či film stále existuje alebo nie, no kvantová fyzika by vám vedela odpovedať. Držiteľ tohtoročnej Nobelovej ceny za fyziku, Anton Zeilinger, bol prvým, kto experimentálne implementoval metódu pozorovania, pri ktorej neexistuje žiadna interakcia so svetlom.
Zeilingerovu ideu adaptovali autori nového výskumu, ktorý bol 21. decembra 2022 publikovaný v Nature Communications. Pomocou supravodivých obvodov, ktoré sa označujú ako transmony, dokázali detekovať prítomnosť mikrovlnných pulzov, ktoré vydávajú bežné vedecké prístroje.
„Fascinovala nás práca, ktorú vykonal Zeilinger a jeho vedecká skupina. Náš výskum sme ale museli prispôsobiť odlišným experimentálnym prístrojom, ktoré sú pre supravodivé zariadenia k dispozícii. Zároveň sme museli zmeniť jeho koncept dôležitým spôsobom. Do experimentu sme pridali ďalšiu „kvantovú úroveň“ tým, že sme použil transmon s vyššou energiou. Potom sme využili kvantovú koherentnosť na vytvorenie trojúrovňového systému,“ vysvetľuje Gheorghe Sorin Paraoanu, jeden z autorov novej štúdie.
Kvantová koherentnosť znamená to, keď sa jeden kvantový objekt nachádza v dvoch stavoch súčasne, čo je jedna so základných vlastností kvantového sveta. Keď sa objekt nachádza v dvoch stavoch naraz, hovoríme o takzvanej kvantovej superpozícii. Tento stav je však mimoriadne citlivý, zrúti sa aj pri najmenšej interakcii a kvantový objekt „spadne“ do určenej hodnoty.
Neprehliadnite
Bizarný svet kvantovej fyziky
Meranie dokáže prinútiť kvantový objekt „vybrať si“ stav, do ktorého zo superpozície spadne. Preto existujú takzvané „merania bez interakcie“, ktoré dokážu zaznamenať pozíciu alebo stav kvantového objektu bez toho, aby sa medzi ním a meracím zariadením odohrala akákoľvek forma interakcie.
Autori výskumu ale nevedeli, či ich metóda bude fungovať. Nakoniec sa však ukázalo, že vďaka ich metóde dokázali zaznamenať jemné mikrovlnné pulzy oveľa spoľahlivejšie, než predtým. Ich práca zároveň ukazuje spôsob, ako môžu kvantové zariadenia zaznamenať výsledky, ku ktorým sa vedci pomocou klasických zariadení nedokážu dostať. To sa označuje ako kvantová výhoda.
Podľa teórie na dosiahnutie kvantovej výhody potrebujeme kvantový počítač s množstvom qubitov (pozn. redakcie: kvantových bitov), ktoré fungujú o čosi inak ako bežné bity. Počítače fungujú na princípe bitov, teda základnej jednotke informácie, ktorá môže mať hodnotu buď 0 alebo 1. Keďže kvantový svet umožňuje aj takzvanú superpozíciu, qubit môže mať v jednom momente hodnotu aj 0 aj 1.
Kvantový svet je plný fenoménov, ktoré nám v bežnom živote nedávajú zmysel. Autori výskumu sa rozhodli preskúmať aj ďalšie zvláštne interakcie, ktoré sa v tomto svete môžu odohrávať. Prvým je takzvaná kontrafaktuálna komunikácia, počas ktorej medzi sebou dve strany komunikujú bez toho, aby sa reálne preniesli akékoľvek častice. Tým druhým je kontrafaktuálny kvantový výpočet, počas ktorého vedci získajú výsledky bez toho, aby spustili počítač.
Komentáre