Forskare från Swiss Federal Institute of Technology i Zürich har tillverkat en mekanisk resonator i vilken
För att förklara kvantmekaniken, den österrikiskafysikern Erwin Schrödinger kom med ett tankeexperiment. Han placerade katten i en låst metalllåda med ett radioaktivt ämne, en geigerräknare och en kolv med cyanväte. Under en viss tidsperiod kan en atom av ett ämne sönderfalla med en viss sannolikhet. Detta aktiverar geigerräknaren och sätter igång en mekanism som krossar giftflaskan. Som ett resultat dör katten.
Eftersom den utomstående betraktaren inte vetom atomen har sönderfallit, han vet inte heller om katten är levande eller död. Enligt kvantmekaniken borde katten i detta ögonblick vara i ett tillstånd av superposition: den är både levande och död. Hittills har forskare imiterat detta experiment på mikronivå: de använde atomer eller molekyler i tillstånd av kvantmekanisk superposition.
I sin studie skapade schweiziska fysikerett system där vibrationer i en kristall fungerar som en katt, och ett lager av supraledande piezoelektriskt material fungerar som en kapsel med gift. Det skapar ett elektriskt fält när kristallen ändrar form när den vibrerar. I ett sådant system kan överlagringen av en qubit överföras till kristallen, vilket resulterar i att vibrationer observeras i den i två riktningar samtidigt.
Experimentschema:vibrationer i kristallen och det supraledande substratet efterliknar en katt och en atom av ett radioaktivt ämne bundet till en giftkapsel från Schrödingers tankeexperiment. Bild: Yiwen Chu, ETH Zürich
För att vibrationstillstånden ska överensstämma"Schrödingers katt", det är viktigt att de är makroskopiskt urskiljbara, förklarar forskare. Det betyder att avståndet mellan upp- och nedtillstånden måste vara större än eventuella termiska eller kvantfluktuationer hos atomerna i kristallen.
Forskarna mätte det rumsligaseparation av två tillstånd med hjälp av en supraledande qubit. Det visade sig vara tillräckligt stort för att tydligt särskilja staterna. "Genom att placera kristallens två vibrationstillstånd i superposition skapade vi faktiskt en 16 μg Schrödinger-katt", säger Ewen Chu, professor vid ETH Zürich.
Forskarna konstaterar att resultatenexperiment har inte bara teoretisk utan också praktisk betydelse. Till exempel kan kvantinformation lagrad i qubits göras mer tillförlitlig genom att använda Schrödingers katttillstånd, som består av ett enormt antal atomer i en kristall, snarare än att förlita sig på enskilda atomer eller joner, som för närvarande görs. Dessutom kan känsligheten hos massiva föremål i superpositionstillstånd för externt brus användas för att noggrant mäta små störningar som gravitationsvågor eller mörk materia partiklar.
Läs mer:
Ny solcell slår världsrekord i effektivitet
Det visade sig vad som händer med Leonardo da Vincis dokument: de började förändras
Lyssna på ljudet av solplasma när det träffar jorden
På omslaget: en konstnärlig illustration av Schrödingers katt. Bild: Yiwen Chu, ETH Zürich