Forskere fra ETH Zürich har produsert en mekanisk resonator der
For å forklare kvantemekanikk, østerrikerenfysiker Erwin Schrödinger kom med et tankeeksperiment. Han plasserte katten i en låst metallboks med et radioaktivt stoff, en geigerteller og en kolbe med blåsyre. I en viss tidsperiode kan et atom av et stoff forfalle med en viss sannsynlighet. Dette aktiverer geigertelleren og setter i gang en mekanisme som knuser giftflasken. Som et resultat dør katten.
Fordi den utenforstående observatøren ikke vetom atomet har forfalt, han vet heller ikke om katten er levende eller død. I følge kvantemekanikken skal katten i dette øyeblikket være i en tilstand av superposisjon: den er både levende og død. Til nå har forskere imitert dette eksperimentet på mikronivå: de brukte atomer eller molekyler i tilstander av kvantemekanisk superposisjon.
I sin studie skapte sveitsiske fysikereet system der vibrasjoner i en krystall fungerer som en katt, og et lag med superledende piezoelektrisk materiale fungerer som en kapsel med gift. Det skaper et elektrisk felt når krystallen endrer form mens den vibrerer. I et slikt system kan superposisjonen av en qubit overføres til krystallen, som et resultat av at vibrasjoner observeres i den i to retninger samtidig.
Eksperimentskjema:vibrasjoner i krystallen og det superledende substratet etterligner en katt og et atom av et radioaktivt stoff bundet til en giftkapsel fra Schrödingers tankeeksperiment. Bilde: Yiwen Chu, ETH Zürich
For at vibrasjonstilstandene skal samsvare«Schrödingers katt», er det viktig at de er makroskopisk å skille, forklarer forskere. Dette betyr at avstanden mellom opp- og nedtilstandene må være større enn eventuelle termiske eller kvantesvingninger av atomene i krystallen.
Forskerne målte det romligeseparasjon av to tilstander ved hjelp av en superledende qubit. Den viste seg å være stor nok til å tydelig skille statene. "Ved å sette de to vibrasjonstilstandene til krystallen i superposisjon, skapte vi faktisk en 16 μg Schrödinger-katt," sier Ewen Chu, professor ved ETH Zürich.
Forskerne bemerker at resultateneeksperimenter har ikke bare teoretisk, men også praktisk betydning. For eksempel kan kvanteinformasjon lagret i qubits gjøres mer pålitelig ved å bruke Schrödingers kattetilstander, som består av et stort antall atomer i en krystall, i stedet for å stole på individuelle atomer eller ioner, slik det gjøres i dag. I tillegg kan følsomheten til massive objekter i superposisjonstilstander for ekstern støy brukes til nøyaktig å måle små forstyrrelser som gravitasjonsbølger eller mørk materiepartikler.
Les mer:
Ny solcelle slår verdensrekord i effektivitet
Det viste seg hva som skjer med dokumentene til Leonardo da Vinci: de begynte å endre seg
Lytt til lyden av solplasma når den treffer jorden
På omslaget: en kunstnerisk illustrasjon av Schrödingers katt. Bilde: Yiwen Chu, ETH Zürich