チューリッヒ工科大学の研究者は、機械共振器を作成しました。
量子力学を説明するには、オーストリアの物理学者のエルヴィン・シュレーディンガーは、ある思考実験を思いつきました。彼は、放射性物質、ガイガーカウンター、青酸の入ったフラスコの入った鍵付きの金属製の箱に猫を入れた。一定期間内に、物質の原子は一定の確率で崩壊することがあります。これによりガイガーカウンターが作動し、毒瓶を粉砕する機構が作動します。その結果、猫は死んでしまいます。
外部の観察者には分からないから原子が崩壊したかどうかはもちろん、猫が生きているのか死んでいるのかもわかりません。量子力学によれば、この瞬間、猫は生きていると同時に死んでいるという重ね合わせの状態にあるはずです。これまで、科学者はこの実験をミクロレベルで模倣し、量子力学的重ね合わせの状態にある原子または分子を使用してきました。
スイスの物理学者は研究の中で、このシステムでは、結晶内の振動が猫の役割を果たし、超伝導圧電材料の層が毒を含むカプセルの役割を果たします。結晶が振動して形状が変化すると、電場が発生します。このようなシステムでは、量子ビットの重ね合わせが結晶に伝達され、その結果、結晶内で 2 方向の振動が同時に観察されます。
実験スキーム:結晶と超伝導基板内の振動は、シュレディンガーの思考実験で出てくる、猫と毒カプセルに結合した放射性物質の原子を模倣しています。画像: Yiwen Chu、ETH チューリッヒ
振動状態が対応するためには「シュレディンガーの猫」は肉眼的に区別できることが重要であると科学者は説明する。これは、アップ状態とダウン状態の間の距離が、結晶内の原子の熱変動または量子変動よりも大きくなければならないことを意味します。
研究者たちは空間を測定した超伝導量子ビットを使用した 2 つの状態の分離。州を明確に区別できるほど大きいことが判明しました。 「結晶の 2 つの振動状態を重ね合わせることで、実際に 16 μg のシュレーディンガー猫を作成できました」とチューリッヒ工科大学の教授、イーウェン・チュー氏は言います。
研究者らは、その結果について次のように述べています。実験には理論的な意味だけでなく、実際的な意味もあります。たとえば、量子ビットに保存された量子情報は、現在行われているように個々の原子やイオンに依存するのではなく、結晶内の膨大な数の原子で構成されるシュレーディンガーの猫状態を使用することで、より信頼性を高めることができます。さらに、重ね合わせ状態にある大質量物体の外部ノイズに対する感度を利用して、重力波や暗黒物質粒子などの小さな摂動を正確に測定できます。
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表紙: シュレーディンガーの猫の芸術的なイラスト。画像: Yiwen Chu、ETH チューリッヒ