Schrödinger doromboló macskája és a kísérteties távolhatás

"Schrödinger macskája"

A Yale Egyetem kutatói furcsa kísérletbe fogtak. Összekombináltak két kvantummechanikai furcsaságot, józan ésszel felfoghatatlan jelenséget, Schrödinger macskáját és a kísérteties távolhatást. A kutatást a Lives Science tudományos magazinban publikálták.

Schrödinger macskája, a dobozban doromboló kvantumcicus

Erwin Schrödinger Nobel-díjas osztrák elméleti fizikus, a kvantumfizika egyik atyja még 1935-ben tett egy gondolatkísérletet, aminek lényege, hogy acéldobozba teszünk egy macskát egy Geiger- Müller számlálóval és üvegcsébe zárt méreggel együtt, egy kalapács valamint radioaktívan sugárzó anyag társaságában.

Erwin Schrödinger, osztrák Nobel-díjas atomfizikus Forrás: New Scientist

A Geiger-Müller számláló a radioaktív anyag bomlását érzékelve beindítja a kalapácsot, ami összetöri az üveget, és a kiszabaduló méreg pedig elpusztítja a macskát.

A radioaktív bomlás véletlenszerű folyamat, nem lehet előre jelezni, mikor fog megtörténni.

A fizikusok azt mondják, az atom szuperpozíció állapotban van, egyszerre elbomlott és nem elbomlott állapotú.

Schrödinger macskája: a szellemes gondolatkísérlet grafikája Forrás: Philosophical Explorations

Amíg a megfigyelő nem nyitja ki a dobozt, addig nem tudhatja, hogy a macska élő-e, vagy pedig már holt.

Mivel a macska sorsa a radioaktív atom bomlásától függ, így a cica egyszerre lehet akár élő vagy akár halott, azaz szuperpozíciós állapotban van mindaddig, amíg meg nem figyelik.

Bármi lehetséges mindaddig, amíg nem kezdünk el valamit megfigyelni

A szuperpozíciós állapot addig áll fenn, amíg meg nem figyeljük, és meg nem mérjük, hogy mi az aktuális helyzet. A szuperpozíció csak ekkor, illetve ezzel válik határozott állapottá, azaz Schrödinger példájánál maradva, a kvantumcicus vagy élő lesz, vagy pedig holt.

A Schrödinger paradoxon azt szemlélteti, hogy mennyire más törvényszerűségek érvényesülnek a részecskék birodalmában, mint a makro világban Forrás: Smithsonian

A kvantumfizikában az úgynevezett koppenhágai interpretáció fogalmazta meg a szuperpozíció tételét, azaz, hogy a részecskék bármilyen állapotban (különböző helyzetek, energiák, sebességek) lehetnek, egészen addig, amíg meg nem mérik őket.

Csak a megfigyeléssel szűnik meg a szuperpozíció, és válik meghatározott állapottá.

Werner Heisenberg Nobel-díjas német kvantumfizikus határozatlansági relációja lényegében a Schrödinger paradoxon tudományos tételbe foglalása Forrás: Just Science

Schrödinger paradoxonánál maradva, természetesen a dobozban lévő macska nem lehet egyszerre élő és holt, ám amíg nem figyeljük meg a valós helyzetet, mindkét alternatíva reális lehetőség.

"Schrödinger macskája" Forrás: ZME Science

Schrödinger e paradoxonnal azt akarta szemléltetni, hogy mennyire más törvényszerűségek érvényesülnek a részecskék világában, ami különösen akkor szembeötlő, ha a kvantummechanika furcsaságait, az ott jelenlévő törvényeket áttesszük a mi hétköznapi makrovilágunkba.

Kísérteties távolhatás, mint a kvantumfizika legfurcsább jelensége

A kvantumösszefonódás, vagy Einsteint idézve a „kísérteties távolhatás" a kvantumfizika egyik legfurcsább jelensége. A lényege, hogy ha két részecskét ugyanaz az esemény hoz létre, akkor azok kapcsoltban maradnak még akkor is, ha elválasztjuk és bármilyen messzire eltávolítjuk őket egymástól.

Albert Einstein a kvantumösszefonódást kísérteties távolhatásnak nevezte Forrás: Popperfoto/Getty Images

Bár a kísérteties távolhatás és Schrödinger paradoxona is józan ésszel nehezen felfogható probléma,

a matematika szerint igenis, mindkettő lehetséges.

A Yale Egyetem kutatói pedig e két abszurd jelenséget kombinálták. A Yale csapata épített egy kis szobát, benne két alumínium odút a szubatomi részecskék számára megosztva, majd ezeket összekapcsolták egy zafírból készült szupravezető chippel.

A részecskék világában az emberi elme számára felfoghatatlanul abszurd jelenségek játszódnak le Forrás: Origo

Elektromossággal különleges állapotba hozták a részecskéket mindkét szobában.

Egyszerre két állapotban voltak, a kvantummechanika furcsa világának megfelelően.

És mivel a szobák a kísérteties távolhatással össze vannak fonódva, mindkét helyen egyszerre lehetett előidézni mindkét állapotot. Vagyis ha a macskát vesszük példának, mindkét dobozban mindkét macska egyszerre lehetett élő és halott.

Kvantumszámítógépek: a jövő futurisztikus emblémái

Ennek a különleges, sőt abszurd kísérletnek a kvantumszámítógépek létrehozása volt a legfőbb célja. Egy tipikus, hagyományos számítógép bitekből áll, a bitek kódolva vannak: 0 vagy 1 a kódjuk. A kvantumszámítógép bitjei azonban egyszerre volnának 0 és 1 állapotban.

A hagyományos, illetve az első modern számítógépeket bitekkel kódolták Forrás: Ina/Ina/Georges Galmiche

Egy ilyen gép valószínűleg sokkal gyorsabb és erőteljesebb lenne, mint a hagyományos számítógépek, legalábbis bizonyos folyamatoknál.

Képes volna párhuzamosan futtatni sok különböző kalkulációt.

De mivel Schrödinger paradoxona szerint abban a pillanatban, hogy megfigyelik, adott állapotba kerül, ezért egy olyan mód szükséges, hogy a kvantumszámítógép anélkül javítsa ki a hibákat, hogy megfigyelnénk.

A flip flop kvantumbitek közötti összefonódás művészi ábrázolása Forrás: Tony Melov/UNSW

Cheng Wang a kutatás vezetője elmondta, hogy ez a módszer nagyon ígéretes lehetőséggé válhat a bőséges kvantuminformációk hatékony tárolására.