החתול הכבד ביותר של שרדינגר נוצר על ידי פיזיקאים שוויצרים

חוקרים מ-ETH ציריך ייצרו מהוד מכני שבו

כל האטומים נמצאים בסופרפוזיציה של שנייםתנודות אנטי-פאזיות ("החתול של שרדינגר"). תוצאות הניסוי יסייעו ביצירת קיוביטים אמינים יותר וישפוך אור על המסתורין מדוע אינן נצפות סופרפוזיציות קוונטיות בעולם המקרוסקופי.

כדי להסביר את מכניקת הקוונטים, האוסטריהפיזיקאי ארווין שרדינגר הגה ניסוי מחשבתי. הוא הניח את החתול בקופסת מתכת נעולה עם חומר רדיואקטיבי, מונה גייגר ובקבוק של חומצה הידרוציאנית. בפרק זמן מסוים, אטום של חומר יכול להתפרק בהסתברות מסוימת. זה מפעיל את מונה הגיגר ומפעיל מנגנון שמנפץ את צלוחית הרעל. כתוצאה מכך, החתול מת.

כי המתבונן מבחוץ לא יודעאם האטום התכלה, הוא גם לא יודע אם החתול חי או מת. לפי מכניקת הקוונטים, ברגע זה החתול צריך להיות במצב של סופרפוזיציה: הוא גם חי וגם מת. עד עכשיו, מדענים חיקו את הניסוי הזה ברמת המיקרו: הם השתמשו באטומים או מולקולות במצבים של סופרפוזיציה קוונטית מכנית. 

במחקרם יצרו פיזיקאים שוויצריםמערכת שבה רעידות בגביש פועלות כחתול, ושכבה של חומר פיזואלקטרי מוליך-על פועלת כקפסולה עם רעל. הוא יוצר שדה חשמלי כאשר הגביש משנה צורה כשהוא רוטט. במערכת כזו ניתן להעביר את הסופרפוזיציה של קיוביט אל הגביש, וכתוצאה מכך נצפות בו רעידות בשני כיוונים בו זמנית.

ערכת ניסוי:תנודות בתוך הגביש והמצע המוליך-על מחקים חתול ואטום של חומר רדיואקטיבי הקשור לקפסולת רעל מניסוי המחשבה של שרדינגר. תמונה: Yiwen Chu, ETH ציריך

על מנת שמצבי הרטט יתאימו"החתול של שרדינגר", חשוב שיהיו ניתנים להפרדה מקרוסקופית, מסבירים מדענים. המשמעות היא שהמרחק בין המצבים למעלה ולמטה חייב להיות גדול מכל תנודות תרמיות או קוונטיות של האטומים בתוך הגביש. 

החוקרים מדדו את המרחבהפרדה של שני מצבים באמצעות קיוביט מוליך-על. התברר שהוא גדול מספיק כדי להבחין בבירור בין המדינות. "על ידי הצבת שני מצבי הרטט של הגביש בסופרפוזיציה, יצרנו למעשה חתול 16 מיקרוגרם שרדינגר", אומר Ewen Chu, פרופסור ב-ETH ציריך.

החוקרים מציינים כי התוצאותלניסויים יש לא רק משמעות תיאורטית אלא גם מעשית. לדוגמה, ניתן להפוך מידע קוונטי המאוחסן בקיוביטים אמין יותר על ידי שימוש במצבי החתול של שרדינגר, המורכבים ממספר עצום של אטומים בגביש, במקום להסתמך על אטומים או יונים בודדים, כפי שנעשה כיום. בנוסף, ניתן להשתמש ברגישות של עצמים מסיביים במצבי סופרפוזיציה לרעש חיצוני למדידה מדויקת של הפרעות זעירות כגון גלי כבידה או חלקיקי חומר אפל.

קרא עוד:

תא סולארי חדש שובר שיא יעילות עולמי

התברר מה קורה עם המסמכים של ליאונרדו דה וינצ'י: הם החלו להשתנות

האזינו לצליל הפלזמה הסולארית כשהיא פוגעת בכדור הארץ

על הכריכה: איור אומנותי של החתול של שרדינגר. תמונה: Yiwen Chu, ETH ציריך