ETH Zürichin tutkijat ovat tuottaneet mekaanisen resonaattorin, jossa
Kvanttimekaniikkaa selittämään itävaltalainenfyysikko Erwin Schrödinger keksi ajatuskokeen. Hän laittoi kissan lukittuun metallilaatikkoon, jossa oli radioaktiivista ainetta, Geiger-laskuri ja syaanivetyhappopullo. Tietyssä ajassa aineen atomi voi hajota tietyllä todennäköisyydellä. Tämä aktivoi Geiger-laskurin ja käynnistää mekanismin, joka rikkoo myrkkypullon. Seurauksena kissa kuolee.
Koska ulkopuolinen katsoja ei tiedäonko atomi hajonnut, hän ei myöskään tiedä onko kissa elossa vai kuollut. Kvanttimekaniikan mukaan kissan pitäisi tällä hetkellä olla superpositiotilassa: se on sekä elävä että kuollut. Tähän asti tiedemiehet ovat jäljitelleet tätä koetta mikrotasolla: he käyttivät atomeja tai molekyylejä kvanttimekaanisessa superpositiossa.
Sveitsiläiset fyysikot loivat tutkimuksessaanjärjestelmä, jossa kiteen värähtelyt toimivat kissana ja suprajohtavan pietsosähköisen materiaalin kerros toimii myrkkykapselina. Se luo sähkökentän, kun kide muuttaa muotoaan värähteleessään. Tällaisessa järjestelmässä kubitin superpositio voidaan siirtää kiteen, minkä seurauksena siinä havaitaan värähtelyjä kahteen suuntaan samanaikaisesti.
Kokeilusuunnitelma:värähtelyt kiteen ja suprajohtavan substraatin sisällä jäljittelevät kissaa ja radioaktiivisen aineen atomia, joka on sidottu myrkkykapseliin Schrödingerin ajatuskokeesta. Kuva: Yiwen Chu, ETH Zurich
Jotta värähtelytilat vastaisivat"Schrödingerin kissa", on tärkeää, että ne ovat makroskooppisesti erotettavissa, tutkijat selittävät. Tämä tarkoittaa, että ylös- ja alas-tilojen välisen etäisyyden on oltava suurempi kuin kiteen sisällä olevien atomien lämpö- tai kvanttivaihtelut.
Tutkijat mittasivat avaruudenkahden tilan erottaminen suprajohtavan kubitin avulla. Se osoittautui riittävän suureksi erottamaan osavaltiot selvästi. "Asettamalla kiteen kaksi värähtelytilaa superpositioon, loimme itse asiassa 16 μg:n Schrödinger-kissan", sanoo ETH Zürichin professori Ewen Chu.
Tutkijat huomauttavat, että tuloksetKokeilla ei ole vain teoreettista vaan myös käytännön merkitystä. Esimerkiksi kubitteihin tallennettua kvanttitietoa voidaan tehdä luotettavammaksi käyttämällä Schrödingerin kissatiloja, jotka koostuvat valtavasta määrästä atomeja kiteessä sen sijaan, että luottaisivat yksittäisiin atomeihin tai ioneihin, kuten nykyään tehdään. Lisäksi superpositiotilassa olevien massiivisten esineiden herkkyyttä ulkoiselle melulle voidaan käyttää mittaamaan tarkasti pieniä häiriöitä, kuten gravitaatioaaltoja tai pimeän aineen hiukkasia.
Lue lisää:
Uusi aurinkokenno rikkoi tehokkuusennätyksen
Kävi ilmi, mitä Leonardo da Vincin asiakirjoille tapahtuu: ne alkoivat muuttua
Kuuntele aurinkoplasman ääntä sen osuessa maahan
Kannessa: taiteellinen kuva Schrödingerin kissasta. Kuva: Yiwen Chu, ETH Zurich