Jak ocalić kota Schrödingera?

Naukowcom udało się znaleźć sygnały, które pokazują, kiedy nastąpi zmiana stanu kwantowego cząstki. To może znacznie przyspieszyć powstanie komputerów kwantowych.

Aktualizacja: 09.06.2019 13:26 Publikacja: 09.06.2019 13:23

Jak ocalić kota Schrödingera?

Foto: Shutterstock

Kot Schrödingera jest znanym paradoksem wykorzystywanym do zilustrowania pojęcia superpozycji i nieprzewidywalności w fizyce kwantowej. Superpozycja, to możliwość istnienia dwóch przeciwstawnych stanów kwantowych jednocześnie.

Schrödinger wymyślił urządzenie, w którym musimy zamknąć kota. Umieszczamy zwierzę w zamkniętym pudełku, razem ze źródłem promieniowania i trucizną, która zostanie uwolniona jeśli nastąpi rozpad atomu substancji radioaktywnej. Po prostu, jeśli rozpad jądra nie nastąpił, kot żyje, jeśli nastąpił, cóż… Superpozycja kota w teorii kwantowej sugeruje, że dopóki nie otworzymy pudełka, kot jest zarówno żywy i martwy, czyli znajduje się w każdym z możliwych stanów jednocześnie. Otwarcie pojemnika i sprawdzenie jego zawartości łamie funkcję falową kota i sprowadza go losowo do jednego konkretnego stanu, to znaczy, pupil jest albo żywy, albo martwy. Ten skok kwantowy stanu kota jest przypadkowy i występuje wyłącznie kiedy jest obserwowany.

Tymczasem eksperyment, przeprowadzony w laboratorium profesora Michela Devoreta na Uniwersytecie Yale ujawnia zaskakującą prawdę, która przeczy ustalonemu przez duńskiego fizyka Nielsa Bohra poglądowi - skoki nie są ani nagłe, ani tak przypadkowe, jak wcześniej sądzono. Dla małego obiektu, takiego jak elektron czy cząsteczka, która niesie informacje kwantowe (czyli kubit albo inaczej bit kwantowy. Jest to najmniejsza i niepodzielna jednostka informacji kwantowej), skok kwantowy jest nagłym przejściem od jednego z jego dyskretnych stanów energetycznych do drugiego.

„Te skoki zdarzają się za każdym razem, gdy mierzymy kubit” - powiedział profesor Devoret – „Skoki kwantowe są znane jako nieprzewidywalne w dłuższej perspektywie”.

Naukowcy chcieli jednak wiedzieć czy cząstka nie wysyła jakiegoś sygnału ostrzegawczego typu: „Uwaga! Zmieniam stan kwantowy”. Okazało się, że ewolucja stanu kwantowego posiada częściowo deterministyczny charakter, a skok zawsze odbywa się w ten sam, przewidywalny sposób z przypadkowego punktu wyjścia. Eksperyment udowodnił też, że nie tylko można określić kiedy nastąpi skok kwantowy, ale także odwrócić go.

Naukowcy porównują skoki kwantowe do erupcji wulkanu. Są one całkowicie nieprzewidywalne w dłuższej perspektywie czasowej. Niemniej jednak, dzięki prawidłowemu monitorowaniu możemy z całą pewnością wykryć ostrzeżenie o zbliżającej się katastrofie i reagować, zanim do niej dojdzie.

To jest naprawdę bardzo ważne odkrycie, ponieważ skoki kubitów są przejawem błędów w obliczeniach. Odkrycie to jest potencjalnym postępem w zrozumieniu i kontrolowaniu informacji kwantowej. Naukowcy twierdzą, że niezawodne zarządzanie danymi kwantowymi i korygowanie błędów w miarę ich pojawiania się jest kluczowym wyzwaniem w rozwoju w pełni użytecznych komputerów kwantowych.

Kot Schrödingera jest znanym paradoksem wykorzystywanym do zilustrowania pojęcia superpozycji i nieprzewidywalności w fizyce kwantowej. Superpozycja, to możliwość istnienia dwóch przeciwstawnych stanów kwantowych jednocześnie.

Schrödinger wymyślił urządzenie, w którym musimy zamknąć kota. Umieszczamy zwierzę w zamkniętym pudełku, razem ze źródłem promieniowania i trucizną, która zostanie uwolniona jeśli nastąpi rozpad atomu substancji radioaktywnej. Po prostu, jeśli rozpad jądra nie nastąpił, kot żyje, jeśli nastąpił, cóż… Superpozycja kota w teorii kwantowej sugeruje, że dopóki nie otworzymy pudełka, kot jest zarówno żywy i martwy, czyli znajduje się w każdym z możliwych stanów jednocześnie. Otwarcie pojemnika i sprawdzenie jego zawartości łamie funkcję falową kota i sprowadza go losowo do jednego konkretnego stanu, to znaczy, pupil jest albo żywy, albo martwy. Ten skok kwantowy stanu kota jest przypadkowy i występuje wyłącznie kiedy jest obserwowany.

Ten artykuł przeczytasz z aktywną subskrypcją rp.pl

Zyskaj dostęp do ekskluzywnych treści najbardziej opiniotwórczego medium w Polsce

Na bieżąco o tym, co ważne w kraju i na świecie. Rzetelne informacje, różne perspektywy, komentarze i opinie. Artykuły z Rzeczpospolitej i wydania magazynowego Plus Minus.

Czym jeździć
Technologia, której nie zobaczysz. Ale możesz ją poczuć
Tu i Teraz
Skoda Kodiaq - nowy wymiar przestrzeni
Materiał Promocyjny
Kod Innowacji - ruszył konkurs dla firm stawiających na nowe technologie w komunikacji z konsumentami
Materiał Promocyjny
Polska na czele rewolucji technologii kwantowych
Materiał partnera
Technologie kwantowe: nauka tworzy szanse dla gospodarki
Nowe technologie
Niewykrywalny bombowiec strategiczny Sił Powietrznych USA odbył pierwszy lot