แมวที่หนักที่สุดของชเรอดิงเงอร์ สร้างโดยนักฟิสิกส์ชาวสวิส

นักวิจัยจาก ETH Zurich ได้สร้างเครื่องสะท้อนเสียงเชิงกลขึ้นมา

อะตอมทั้งหมดอยู่ในตำแหน่งซ้อนทับกันของทั้งสองการแกว่งของแอนติเฟส (สถานะ "แมวของชโรดิงเงอร์") ผลลัพธ์ของการทดลองจะช่วยสร้างคิวบิตที่เชื่อถือได้มากขึ้นและให้ความกระจ่างเกี่ยวกับความลึกลับที่ว่าทำไมการซ้อนทับของควอนตัมจึงไม่ถูกพบในโลกที่มองเห็นด้วยตาเปล่า

เพื่ออธิบายกลศาสตร์ควอนตัม ชาวออสเตรียErwin Schrödinger นักฟิสิกส์ได้คิดค้นการทดลองทางความคิดขึ้น เขาวางแมวไว้ในกล่องโลหะที่ล็อคด้วยสารกัมมันตภาพรังสี เครื่องไกเกอร์เคาน์เตอร์ และขวดบรรจุกรดไฮโดรไซยานิก ในช่วงเวลาหนึ่ง อะตอมของสารสามารถสลายตัวด้วยความน่าจะเป็นที่แน่นอน สิ่งนี้เปิดใช้งานเคาน์เตอร์ไกเกอร์และกำหนดกลไกที่ทำให้ขวดยาพิษแตก เป็นผลให้แมวตาย

เพราะผู้สังเกตภายนอกไม่รู้ไม่ว่าอะตอมจะสลายไปเขาก็ไม่รู้ว่าแมวยังมีชีวิตอยู่หรือตายไปแล้ว ตามกลศาสตร์ควอนตัม ในขณะนี้ แมวควรอยู่ในสถานะซ้อนทับ: มันมีทั้งชีวิตและตาย จนถึงขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เลียนแบบการทดลองนี้ในระดับจุลภาค: พวกเขาใช้อะตอมหรือโมเลกุลในสถานะของการซ้อนทับเชิงกลของควอนตัม

ในการศึกษา นักฟิสิกส์ชาวสวิสได้สร้างระบบที่การสั่นสะเทือนในคริสตัลทำหน้าที่เป็นเหมือนแมว และชั้นของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่มีตัวนำยิ่งยวดจะทำหน้าที่เป็นแคปซูลบรรจุยาพิษ มันสร้างสนามไฟฟ้าเมื่อคริสตัลเปลี่ยนรูปร่างเมื่อมันสั่นสะเทือน ในระบบดังกล่าว การซ้อนทับของคิวบิตสามารถถ่ายโอนไปยังคริสตัลได้ ซึ่งเป็นผลมาจากการสังเกตการสั่นสะเทือนในสองทิศทางพร้อมกัน

รูปแบบการทดลอง:การสั่นสะเทือนภายในคริสตัลและสารตั้งต้นของตัวนำยิ่งยวดเลียนแบบแมวและอะตอมของสารกัมมันตภาพรังสีที่จับกับแคปซูลพิษจากการทดลองทางความคิดของชโรดิงเงอร์ ภาพ: Yiwen Chu, ETH Zurich

เพื่อให้สภาวะการสั่นสะเทือนสอดคล้องกันนักวิทยาศาสตร์อธิบาย "แมวของชโรดิงเงอร์" เป็นสิ่งสำคัญที่พวกเขาจะต้องสามารถแยกแยะได้ด้วยตาเปล่า ซึ่งหมายความว่าระยะห่างระหว่างสถานะขึ้นและลงจะต้องมากกว่าความผันผวนทางความร้อนหรือควอนตัมของอะตอมภายในคริสตัล

นักวิจัยได้ทำการวัดพื้นที่การแยกสองสถานะโดยใช้คิวบิตตัวนำยิ่งยวด มันกลายเป็นขนาดใหญ่พอที่จะแยกแยะรัฐได้อย่างชัดเจน Ewen Chu ศาสตราจารย์แห่ง ETH Zurich กล่าวว่า "ด้วยการใส่สถานะการสั่นทั้งสองสถานะของคริสตัลซ้อนทับกัน เราสร้างแมวชเรอดิงเงอร์ขนาด 16 ไมโครกรัม" Ewen Chu ศาสตราจารย์แห่ง ETH Zurich กล่าว

นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าผลลัพธ์การทดลองไม่ได้มีเพียงเชิงทฤษฎีเท่านั้นแต่ยังมีความสำคัญในเชิงปฏิบัติอีกด้วย ตัวอย่างเช่น ข้อมูลควอนตัมที่จัดเก็บไว้ในคิวบิตสามารถเชื่อถือได้มากขึ้นโดยใช้สถานะแมวของชโรดิงเงอร์ ซึ่งประกอบด้วยอะตอมจำนวนมากในผลึก แทนที่จะอาศัยอะตอมหรือไอออนเดี่ยวๆ ดังที่ทำอยู่ในปัจจุบัน นอกจากนี้ ความไวของวัตถุขนาดใหญ่ในสถานะซ้อนทับต่อเสียงรบกวนภายนอกสามารถใช้ในการวัดสิ่งรบกวนเล็กๆ น้อยๆ เช่น คลื่นความโน้มถ่วงหรืออนุภาคสสารมืดได้อย่างแม่นยำ

อ่านเพิ่มเติม:

เซลล์แสงอาทิตย์ใหม่ทำลายสถิติประสิทธิภาพโลก

ปรากฎว่าเกิดอะไรขึ้นกับเอกสารของ Leonardo da Vinci: พวกเขาเริ่มเปลี่ยนไป

ฟังเสียงของพลาสมาสุริยะขณะที่กระทบพื้นโลก

บนหน้าปก: ภาพประกอบทางศิลปะของแมวของชโรดิงเงอร์ ภาพ: Yiwen Chu, ETH ซูริก