Onderzoekers van ETH Zürich hebben een mechanische resonator geproduceerd waarin
Om de kwantummechanica uit te leggen, de Oostenrijkernatuurkundige Erwin Schrödinger bedacht een gedachte-experiment. Hij plaatste de kat in een afgesloten metalen doos met een radioactieve stof, een geigerteller en een kolf met blauwzuur. In een bepaalde tijd kan een atoom van een stof met een bepaalde waarschijnlijkheid vervallen. Dit activeert de geigerteller en activeert een mechanisme dat de giffles verbrijzelt. Als gevolg hiervan sterft de kat.
Omdat de waarnemer van buitenaf het niet weetOf het atoom is vergaan, hij weet ook niet of de kat leeft of dood is. Volgens de kwantummechanica zou de kat zich op dit moment in een staat van superpositie moeten bevinden: hij is zowel levend als dood. Tot nu toe hebben wetenschappers dit experiment op microniveau nagebootst: ze gebruikten atomen of moleculen in toestanden van kwantummechanische superpositie.
In hun studie creëerden Zwitserse natuurkundigeneen systeem waarin trillingen in een kristal werken als een kat, en een laag supergeleidend piëzo-elektrisch materiaal fungeert als een capsule met gif. Het creëert een elektrisch veld wanneer het kristal van vorm verandert terwijl het trilt. In zo'n systeem kan de superpositie van een qubit worden overgebracht op het kristal, waardoor daarin trillingen in twee richtingen tegelijk worden waargenomen.
Experimentschema:trillingen in het kristal en het supergeleidende substraat bootsen een kat na en een atoom van een radioactieve stof gebonden aan een gifcapsule uit het gedachte-experiment van Schrödinger. Afbeelding: Yiwen Chu, ETH Zürich
Zodat de trillingstoestanden overeenkomenBij ‘Schrödinger’s kat’ is het belangrijk dat ze macroscopisch te onderscheiden zijn, leggen wetenschappers uit. Dit betekent dat de afstand tussen de op- en neerwaartse toestanden groter moet zijn dan enige thermische of kwantumfluctuaties van de atomen in het kristal.
De onderzoekers maten de ruimtescheiding van twee toestanden met behulp van een supergeleidende qubit. Het bleek groot genoeg om de staten duidelijk te onderscheiden. "Door de twee trillingstoestanden van het kristal in superpositie te plaatsen, creëerden we eigenlijk een Schrödinger-kat van 16 μg", zegt Ewen Chu, een professor aan de ETH Zürich.
De onderzoekers constateren dat de resultatenexperimenten hebben niet alleen theoretische maar ook praktische betekenis. Quantuminformatie die is opgeslagen in qubits kan bijvoorbeeld betrouwbaarder worden gemaakt door de kattoestanden van Schrödinger te gebruiken, die bestaan uit een groot aantal atomen in een kristal, in plaats van te vertrouwen op individuele atomen of ionen, zoals nu wordt gedaan. Bovendien kan de gevoeligheid van massieve objecten in superpositietoestanden voor externe ruis worden gebruikt om kleine verstoringen zoals zwaartekrachtgolven of donkere materiedeeltjes nauwkeurig te meten.
Lees verder:
Nieuwe zonnecel breekt wereldrecord efficiëntie
Het bleek wat er gebeurt met de documenten van Leonardo da Vinci: ze begonnen te veranderen
Luister naar het geluid van zonneplasma als het de aarde raakt
Op de omslag: een artistieke illustratie van Schrödingers kat. Afbeelding: Yiwen Chu, ETH Zürich