Oksfordo fizikai sukūrė naują Šrėdingerio katės būseną

Išsivaizduokite katę, kuri atsisako būti suvaržyta įprastų taisyklių. Ji ne vien stoviniuoja tarp gyvos ir mirusios; ji sukonstruota iš dalių, kurios pačios yra užsispyrusiai keistos. Toks vaizdas kyla iš Oksfordo komandos, kuri peržengė Šrėdingerio garsų minties eksperimentą į naują, keistesnę sritį.

Pirminė idėja, kad dalelė tuo pačiu metu užima dvi tarpusavyje prieštaraujančias būsenas, yra klasikinis kvantinės keistenybės pavyzdys. Ervinas Šrėdingerys ją aprašė 1935 metais kaip provokaciją. Tikrieji laboratoriniai eksperimentai jau seniai pavertė tą provokaciją praktika, statydami atomus ir fotonus į superpozicijas. Oksfordo grupė žengė dar toliau: jie pasirinko statybinius blokus, kurie visiškai nėra klasikiniai, o giliau kvantiniai, ir juos susiejo, kad sukurtų naują katės tipo būsenų šeimą.

Kaip jie tai padarė? Komanda sulaikė vieną stroncio-88 joną optiniame gerove ir panaudojo dvi skirtingas laisvės laipsnes tame pačiame dalelyje. Vienas laisvės laipsnis — jono vidinė elektroninė būsena — elgėsi kaip kubitas. Kitas — jono judesys, mažytis svyravimas pirmyn-atgal — elgėsi kaip kvantinis osciliatorius. Inžinerijavę sąveikas tarp šių dviejų ir įterpę tiksliai laiku atliktą matavimą proceso metu, tyrėjai suformavo osciliatoriaus judesį į egzotiškas geometrines formas, kurios primena kvantinę 'katę', bet turi daug sudėtingesnę struktūrą.

Straipsnio vyriausias autorius Sebastian Saner apibūdina techniką kaip tam tikrą skulptūrą: kubitas ir osciliatorius yra minkomi kartu, o tada kubito nuskaitymas užfiksuoja osciliatorių į tą tikslų raštą, kurio komanda pageidauja. Trumpa frazė. Didelė kontrolė. Rezultatas nėra vien tik dalelė dviejose būsenose, bet komponentai, kurie patys yra neklasiniai ir kartais netikėtai sukonfigūruoti.

Kam tai turėtų rūpėti? Nes šios turtingesnės būsenos perduoda informaciją kitaip. Įprasti kubitai yra trapūs, menkiausias triukšmas juos sujaukia. Osciliatoriais paremtos katės būsenos gali užkoduoti duomenis tvirčiau, paskirstydamos informaciją per judesio raštą, kurį sunkiau sugadinti. Toks atsparumas reiškia potencialiai paprastesnes ir galingesnes klaidų taisymo strategijas kvantiniams kompiuteriams ir jautresnius, triukšmui atsparius kvantinius jutiklius.

Įsivaizduokite tai kaip perėjimą nuo vienos trapios gijos prie pintos virvės. Pintai gali kai kur trūkinėti ir vis tiek laikyti. Naudodami judesių osciliatorius vietoje paprastų dviejų lygių kubitų, inžinieriai įgyja naujų priemonių, kaip informacija saugoma ir atkuriama, ir atveria kelią architektūroms, kurios toleruoja eksperimentinio triukšmo netvarkingą realybę.

Darbas, publikuotas žurnale Physical Review X, yra eksperimentinis ir apgalvotas. Komanda įrodo, kad esant tiksliam valdymui ir tarpiniams matavimams sekoje galima sukurti beveik bet kokias geometrines kvantines būsenas osciliatoriuje. Toks lankstumas suteikia dizaineriams įrankių rinkinį: jie gali pritaikyti būsenas konkretiems klaidų modeliams arba matavimo užduotims, o ne primesti reikalavimus paprastiems kubitams.

Žinoma, yra praktinių kliūčių. Osciliatoriai turi savo jautrumą ir sudėtingumą. Bet plėsdami repertuarą to, kas laikoma naudinga kvantine būsena, Oksfordo eksperimentas perrašo dalį kvantinės informacijos žaidimo taisyklių. Dabar ne tik svarbu izoliuoti smulkius objektus; svarbu projektuoti sudėtingumą, kuris atsparus aplinkai.

Sukurti katės būsenas iš jau kvantinių dalių suteikia mokslininkams naujus būdus saugoti ir apsaugoti kvantinę informaciją, pažanginant tiek skaičiavimų, tiek jutiklių technologijas.

Šis eksperimentas nesibaigia ginčų apie kvantines pagrindus ir tikrai nesudeda tikro gyvūno į dėžę. Jis parodo, kiek dar yra ką tyrinėti, kai naudojame visatos keisčiausias dalis kuriant naujus įrenginius, ir kelia klausimą, ar mūsų naujos kartos kvantiniai aparatai gali kilti iš dizainų, kurie priima, o ne slepia keistumą.