Lāzera impulss atvairīja rubīdija atomu un ienāca kvantu pasaulē - uzņemot "Šrēdingera kaķa" dīvaino fiziku. Tad vēl viens darīja to pašu. Tad vēl viens.
Lāzera impulsos neauga ne ūsas, ne ķepas. Bet tie kļuva līdzīgi slavenajam kvantu fizikas domātajam eksperimentam Šrēdingera kaķim svarīgā veidā: Tie bija lieli priekšmeti, kas darbojās tāpat kā vienlaikus subatomiskās fizikas mirušie un dzīvie radījumi -, kas eksistēja robežās starp diviem vienlaicīgiem, pretrunīgiem stāvokļiem. Un laboratorijai Somijā, kur viņi dzimuši, nebija ierobežojumu, cik daudz viņi var nopelnīt. Pulss pēc pulsa pārvērtās par kvantu pasaules radījumu. Un tiem "kvantu kaķiem", kaut arī tie eksperimentālās mašīnas iekšienē pastāvēja tikai sekundes daļu, bija potenciāls būt nemirstīgiem.
"Mūsu eksperimentā to nekavējoties nosūtīja detektoram, tāpēc tūlīt pēc tā izveidošanas tas tika iznīcināts," sacīja Bastians Hačers, Vācijas Kvanta optikas institūta Maksas Plankas pētnieks, kurš strādāja pie eksperimenta.
Bet tam nevajadzēja būt tā, - Hacker stāstīja Live Science.
"Optiskais stāvoklis var dzīvot mūžīgi. Tātad, ja mēs būtu raidījuši impulsu nakts debesīs, tas varētu dzīvot miljardiem gadu savā stāvoklī."
Viņš piebilda, ka ilgmūžība ir daļa no tā, kas šos impulsus padara tik noderīgus. Ilgstošs lāzera kaķis var izdzīvot ilgtermiņa ceļojumos caur optisko šķiedru, padarot to par labu informācijas vienību kvantu datoru tīklam.
Kvantu kaķis, miris un dzīvs
Tātad, ko nozīmē veikt lāzera impulsu, piemēram, Šrēdingera kaķi? Pirmkārt, kaķis nebija mājdzīvnieks. Tas bija domāts eksperiments, ko fiziķis Ervīns Šrēdingers ierosināja 1935. gadā, lai norādītu uz kvantu fizikas milzīgo nepamatotību, kuru viņš un viņa kolēģi toreiz tikai atklāja.
Lūk, kā tas notiek: Kvantu fizika nosaka, ka īpašos apstākļos daļiņai vienlaikus var būt divas pretrunīgas pazīmes. Daļiņas griešanās (kvantu mērījums, kas gluži neizskatās pēc vērpšanas, kādu mēs redzam makro skalā), iespējams, ir "uz augšu", bet ir arī "uz leju". Tikai izmērot tā griešanos, daļiņa vienā vai otrā veidā sabrūk.
Fizikiem ir vairākas šīs uzvedības interpretācijas, bet vispopulārākais (ko sauc par Kopenhāgenas interpretāciju) saka, ka daļiņa nav īsti savērpusies vai vērpjoša uz leju, pirms tā nav novērota. Līdz tam tas atrodas sava veida miglainā tīklā starp valstīm, un tikai tad izlemj par vienu vai otru variantu, kad to piespiež ārējs novērotājs.
Šrēdingers pamanīja, ka tam bija dažas dīvainas sekas.
Viņš iedomājās necaurspīdīgu tērauda kārbu, kurā bija kaķis, atoms un aizzīmogotā stikla flakonā ar saindēšanās gāzi. Ja atoms sabojājas (pateicoties kvantu mehānikai, tā ir iespēja, bet nav pārliecināta lieta), lodziņā esošais mehānisms sagrauj stiklu un nogalina kaķi. Ja atoms nesamazinās, kaķis dzīvos. Atstājiet kaķi stundu kastē, sacīja Šrēdingers, un kaķis nonāks "superpozīcijā" starp dzīvību un nāvi.
Ar to viņš domāja, ka tai nav nekādas jēgas.
Un tomēr, Šrīdingera kaķis ir kļuvis par sava veida noderīgu saīsni makro mēroga lietām, kas pakļaujas klasiskās fizikas likumiem, bet mijiedarbojas ar kvantu objektiem tā, ka tiem nav ne pilnīgi vienas pazīmes, ne pilnīgi citas.
Jaunajā eksperimentā, kas aprakstīts rakstā, kas publicēts 14. janvārī žurnālā Nature Photonics, pētnieki izveidoja lāzera impulsus, kas atrodas superpozīcijā starp diviem iespējamiem kvantu stāvokļiem. Viņi mazos impulsus sauca par "lidojošiem optisko kaķu stāvokļiem".
Lai tos izgatavotu, viņi vispirms ierobežoja rubīdija atomu dobumā starp diviem spoguļiem, kas bija tikai 0,02 collas (0,5 milimetri) plati (apmēram sāls grauda platumā). Atoms var būt vienā no trim stāvokļiem: divos "zemes" stāvokļos vai vienā "satrauktajā" stāvoklī. Kad gaisma iekļuva dobumā, tā sapinās ar atomu, tas nozīmē, ka tā stāvoklis bija principiāli saistīts ar atoma stāvokli.
Tad, kad gaismas impulss atsitās pret gaismas detektoru, tam bija indikatora pazīmes, kas liecināja par starplaiku, un tas nedarbojās pilnīgi tā, it kā būtu iesiets ar viena vai cita veida atomu. Tas bija lidojošs kaķis, kas izgatavots no gaismas.
Šis starpbrīdis bija saistīts ar gaismas viļņu stāvokli, sacīja Hakers. Pēc acs skatiena uz gaismu gaisma turpināja virzīties pa kosmosu kā vilnis: kalns un ieleja, kalns un ieleja.
Bet kļuva nezināms, vai kādā brīdī gaismas vilnis sasniedz kalna virsotni vai nolaižas ielejā, Hacker pastāstīja Live Science.
Gaisma rīkojās tā, it kā to veidotu vismaz divi dažādi viļņi, katrs no tiem - spoguļattēls.
(Patiesībā gaismai varēja būt vēl vairākas iespējamās formas: Tās vilnim vienmēr bija vismaz zināma iespēja aizņemt katru punktu starp "kalna" augšdaļu un "ielejas apakšu". Bet divi spoguļattēlu viļņi attēloja divi visdrīzāk nenoteiktie stāvokļi.)
Pētnieki sacīja, ka pa ceļam šī spēja nosūtīt kustīgus kaķus no vienas vietas uz otru varētu būt noderīga kvantu tīklošanai. Tas ir tāpēc, ka kvantu tīklošana, iespējams, būs atkarīga no gaismas pārsūtīšanas uz priekšu un atpakaļ no kvantu datoriem, sacīja Hakeris, nevis ar elektrību.
"Vienkāršāk nosūtīt vienotos fotonus, bet, kad viņi pazūd, viņu pārvadātā informācija pazūd," viņš sacīja. "Kaķu stāvokļi var šifrēt informāciju kvantu veidā, kas ļauj noteikt optiskos zudumus un tos koriģēt. Lai arī katrai optiskajai pārraidei ir zaudējumi, informāciju var pārraidīt perfekti."
Tas nozīmē, ka darāmā vēl ir. Kamēr pētnieki spēja kaķus radīt "deterministiski", kas nozīmē, ka kaķis parādījās ikreiz, kad viņi veica savu eksperimentu, kaķi ne vienmēr pārdzīvoja īso ceļojumu uz gaismas uztvērēju. Optika ir sarežģīta, un dažreiz pirms nokļūšanas tā izgaismojās.
Arī saprātīgs cilvēks var apšaubīt, vai šie gaismas impulsi tiešām tiek uzskatīti par Šrēdingera kaķiem. Tie noteikti ir klasiski objekti - tas nozīmē, ka viņi ievēro liela mēroga objektu deterministiskos likumus -, taču pētnieki dokumentā atzina, ka tikai četru fotonu mērogā lāzers atrodas makroskopiskā un kvantu skalas malā; un tāpēc varētu teikt, ka tie ir makroskopiski, izmantojot tikai visplašāko definīciju.
"Patiešām, daži fotoni nav nekas īsts reālās pasaules makroskopiskajam objektam," sacīja Hakers. "Koherentu optisko impulsu, piemēram, tādu, kādu mēs izmantojām, punkts ir tāds, ka amplitūdu var nepārtraukti palielināt bez jebkādām pamata robežām."
Citiem vārdiem sakot, protams, šie ir daži niecīgi kaķi. Bet nav iemesla, ka to pašu pamatideju nevarētu izmantot, lai pagatavotu dažus milzu Šrēdingera kaķus.
Bet pētnieki galu galā bija pārliecināti par šī termina izmantošanu, un "optiskā lidojošā kaķa stāvoklī" tam ir gredzens.
