Schrödingeri kass 2.0 sureb ja elab korraga kahes karbis ({{commentsTotal}})

Kass.
Kass. Autor/allikas: Guima San/Creative Commons

Korraga nii elus kui ka surnud olevast karbis redutavast Schrödingeri kassist on saanud kvantfüüsika veidruste musternäide. Rühm füüsikuid on suutnud pista nüüd sama ''kassi'' korraga kahte ''karpi''. Lahendus võiks vähendada kvantarvutite poolt tehtavate vigade hulka.

Austria füüsik Erwin Schrödinger lootis enam kui 80 aasta eest ellu (ja surma) kutsutud kassiga näitlikustada ühte kvantmehaanika põhitõdedest. Mikroskoopilised osakesed nagu footonid, aatomid ja molekulid eksisteerivad enne mõõtmist kõigis võimalikes olekutes. Juhul, kui panna suletud karpi kass koos radioaktiivse aatomi lagunemisel tsüaniidi vallandava mürgiampulli ja uraani aatomiga, võibki olla kass karbist väljaspool asuva vaatleja jaoks korraga nii elus kui ka surnud. Olgugi, et tegu on teineteist välistavate olekutega. Teisisõnu on kass superpositsioonis.

''Pärismaailmas me muidugi kasse karpi ei pane ja sellest ei tõuseks ka erilist praktilist kasu. Selle asemel kasutame näiteks valgusosakesi – footoneid, mida võibolla korraga ka kümneid. Meie eksperimendis 80 ehk läheneme makrotasandile,'' selgitas Chen Wang, Yale'i ülikooli füüsik ja uue uurimuse juhtivautor ERR Novaatorile.

Ajakirjas Science kirjeldatavas katses kasutas Wang koos Robert Schoelkopfiga täpsemalt üliväikestes õõnsustes võnkuvaid mikrolaineid. ''Kassi'' loomiseks tuleb samasse õõnsusesse tekitada vastasfaasis olev laine. Üks lainetest vastab elusale, teine surnud kassile. ''Klassikalisemast maailmast analoogi tuues on see võrreldav edasi-tagasi võnkuva pendliga, mis võngub samaaegselt paremale ja vasakule,'' lisas Wang. Seda seni, kuni keegi süsteemi otseselt mõõdab. Analoogseid eksperimente on tehtud kümneid.

Schoelkopf ja Wang lisasid aga eksperimendile täiendava mõõtme – kvantpõimituse. Taas vaid kvantmaailma iseloomustav nähtus võimaldab siduda objektid omavahel viisil, et ühega juhtuv mõjutab hetkeliselt ka teise olekut. Ükskõik kui kauge need ka teineteisest ei asu. Praktikas hõlmas see kahe tillukese alumiiniumist õõnsuse ühendamist safiirist koosneva ülijuhtiva kiibiga. Soovitud oleku tekitamiseks kasutasid füüsikud elektrivoolu.

 

Nn sisse lülitatud olekus ehk avatud kanali korral võnguvad mikrolained õõnsuses teisel sagedusel kui suletud kanali korral. Ent kuna tegu on kvantmaailmaga, saab õõnsusi ühendav sild olla korraga mõlemas olekus. Juhul, kui teadlased on olnud suutnud luua tõelise ''kassi'', peaksid mõlemas õõnsuses leiduma korraga kaks erinevat sagedust. ''Ennustuse proovile panemine pole aga sirgjooneline, kuna niipea kui seda otseselt mõõdad, kukub superpositsioon kokku, misläbi tuleb kasutada kaudseid meetodeid,'' nentis Wang.

Küll oli võimalik neil mõõta õõnsuses leiduvate valgusosakeste arvu ja teha sellest omad järeldused. Schoelkopf ja Wang teadsid, et ''kassi-olekus'' peaks mõlemas õõnsuses leiduma alati paarisarv mikrolainefootoneid, isegi kui mõlema kambri sisu üksikuna mõõtes võis saada tulemuseks ka paaritu tulemuse. Seda nad ka oma katsetes nägid.

''Tulemusi saab tõlgendada kahel viisil – mõlemad õõnsused jagavad kvantolekut ja neid ei saa üksikuna kirjeldada ehk Schrödingeri kass on korraga kambris või alternatiivselt, kui uurid kambreid eraldi, on sul korraga kaks, kuid kvantpõimitud kassi,'' märkis füüsik.

Töörühm loodab, et lahendus näitab kätte viisi kvantarvutite töökindlamaks muutmiseks. Kuna kvantbitte ei saa keskkonnast täielikult isoleerida, on superpositsiooni kokku kukkumine ja sellega seonduv infoleke aja möödudes paratamatu. ''Teame tänaseks, et valdav enamik kvantarvutites tehtavatest arvutustest ei hakka olema konkreetse probleemi lahendamiseks, vaid vigade tuvastamiseks ja vähendamiseks,'' selgitas Wang.

Füüsik tõi välja, et valdav enamik valdkonnas tehtavast tööst on keskendunud seni korraga paljude ''kassidega'' töötamisele, mis on ka mõistetav. Kvantarvutite võimsus avaldub korraga paljude kvantbittidega tehteid tehes. ''Meie kandev idee on aga parandada vigu juba rohujuure tasandil ja ehitada süsteeme modulaarselt. Meil on üks kass, teine kass... ja siis ühendame nad kõik omavahel ära,'' lisas Wang. Füüsik tõi välja, et talletatud info õigsuse pelgalt ühekordseks kontrollimiseks on tüüpiliselt tarvis 13 kvantbitti. Sama töö saaks tema sõnul ära teha aga vaid ühe õõnsusega.



ERR kasutab oma veebilehtedel http küpsiseid. Kasutame küpsiseid, et meelde jätta kasutajate eelistused meie sisu lehitsemisel ning kohandada ERRi veebilehti kasutaja huvidele vastavaks. Kolmandad osapooled, nagu sotsiaalmeedia veebilehed, võivad samuti lisada küpsiseid kasutaja brauserisse, kui meie lehtedele on manustatud sisu otse sotsiaalmeediast. Kui jätkate ilma oma lehitsemise seadeid muutmata, tähendab see, et nõustute kõikide ERRi internetilehekülgede küpsiste seadetega.
Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: