Laserimpulss põrkas välja rubiidiumi aatomi ja sisenes kvantmaailma - võttes enda alla "Schrödingeri kassi" veidra füüsika. Siis tegi teine sama asja. Siis veel üks.
Laserimpulssidel ei kasvanud vurrud ega käpad. Kuid need said sarnaselt kuulsa kvantfüüsika mõtteeksperimendi Schrödingeri kassiga olulisel viisil: Need olid suured objektid, mis käitusid nagu subatomite füüsika samaaegselt surnud ja elusolendid - eksisteerivad kahe samaaegse vastandliku oleku vahel. Ja Soomes, kus nad sündisid, ei olnud laboratooriumil piire, kui palju nad võiksid teha. Pulss pärast pulssi muutus kvantmaailma olendiks. Ja need "kvantkassid", ehkki nad eksisteerisid katsemasinas vaid murdosa sekundist, võisid olla surematud.
"Meie katses saadeti see detektorisse kohe, nii et see hävitati kohe pärast selle loomist," ütles eksperimendil töötanud Saksamaa Max Plancki kvantoptika instituudi teadur Bastian Hacker.
Kuid see ei pidanud nii olema, rääkis Hacker Live Science'ile.
"Optiline olek võib elada igavesti. Nii et kui me oleksime impulsi öisesse taevasse saatnud, võiks see oma olekus elada miljardeid aastaid."
Ta lisas, et see pikaealisus on osa neist impulssidest nii kasulikke. Pikaealine laserkass suudab pikaajalise optilise kiu kaudu läbi elada, tehes sellest kvantarvutite võrgu jaoks hea teabeühiku.
Kvantkass, surnud ja elus
Mida tähendab teha laserimpulssi nagu Schrödingeri kassil? Esiteks ei olnud kass lemmikloom. See oli mõttekatse, mille füüsik Erwin Schrödinger tegi 1935. aastal ettepaneku juhtida tähelepanu kvantfüüsika ilmselgele põhjendamatusele, mida ta koos kolleegidega alles alles avastas.
Kuidas see läheb: Kvantfüüsika dikteerib, et teatud tingimustel võib osakesel olla korraga kaks vastandlikku tunnust. Osakese spinn (kvantmõõtmine, mis ei tundu päris täpselt selline nagu ketramine, mida makro skaalal näeme) võib olla "üles", samal ajal kui ka "alla". Ainult siis, kui mõõdetakse selle spinni, variseb osake ühel või teisel viisil kokku.
Füüsikutel on selle käitumise kohta mitu tõlgendust, kuid kõige populaarsem (nn Kopenhaageni tõlgendus) väidab, et osake ei keeruta ega keeruta allapoole enne, kui seda on täheldatud. Kuni selle ajani on see mingis uduses võõrriigis riikide vahel ja otsustab ühe või teise üle ainult siis, kui väline vaatleja seda sunnib.
Schrödinger märkas, et sellel oli veidraid tagajärgi.
Ta kujutas ette läbipaistmatut teraskasti, mis sisaldas kassi, aatomit ja suletud klaasist viaali mürkgaasi. Kui aatom laguneb (tänu kvantmehaanikale on see võimalus, kuid pole kindel), purustab kastis olev mehhanism klaasi ja tapab kassi. Kui aatom ei lagune, siis kass elab. Jätke kass tunniks kasti, ütles Schrödinger, et kass saaks elu ja surma vahelise "superpositsiooni".
Probleem, mille ta silmas pidas, on see, et sellel pole üldse mõtet.
Ja veel, Schrödingeri kass on muutunud omamoodi kasulikuks lühendajaks makromõõtmeliste asjade jaoks, mis järgivad klassikalise füüsika seadusi, kuid suhtlevad kvantobjektidega selliselt, et neil pole täielikult üht tunnust ega teist.
Uues eksperimendis, mida kirjeldati ajakirjas Nature Photonics 14. jaanuaril avaldatud artiklis, lõid teadlased laserimpulsse, mis asuvad kahe võimaliku kvantoleku vahel. Nad nimetasid väikeseid impulsse "lendavateks optilisteks kassi olekuteks".
Nende valmistamiseks piirdusid nad kõigepealt rubiidiumi aatomiga kahe peegli vahelise õõnsusega, mille laius oli kõigest 0,02 tolli (0,5 millimeetrit) (umbes soolatera laius). Aatom võib olla ühes kolmest olekust: kahes olekus olekus või ühes ergastatud olekus. Kui valgus sisenes õõnsusse, takerdus see aatomiga, mis tähendab, et selle olek oli põhimõtteliselt seotud aatomi olekuga.
Siis, kui valgusimpulss tabas valgusdetektorit, olid sellel märguanded vahepealsuse kohta ega olnud täiesti sellised, nagu oleks nad takerdunud ühte või teise aatomiga. See oli valgust teinud lendav kass.
See vaheline seos oli seotud valguslainete positsiooniga, ütles Hacker. Pärast aatomi pilgu heitmist liikus valgus kosmose kaudu lainetena: küngas ja org, küngas ja org.
Kuid ei olnud kindel, kas valguse laine jõudis mingil hetkel mäe tippu või laskus orgu, laskis Hacker Live Science'ile öelda.
Valgus käitus nii, nagu sellel oleks vähemalt kaks erinevat lainet, millest igaüks peegelpildis oleks.
(Tegelikkuses võis valgusel olla veelgi rohkem kujundeid: selle lainel oli alati vähemalt mingi võimalus hõivata iga punkt "mäe" tipu ja "oru põhja vahel". Kuid kaks peegelpildi lainet esindasid kaks tõenäoliselt ebakindlat olekut.)
Teadlased ütlesid, et maanteel võib see võime saata liikuvaid kasse ühest kohast teise kasuks kvantvõrkude loomiseks. Selle põhjuseks on asjaolu, et kvantvõrkude loomine sõltub Hackeri sõnul pigem kvantarvutite vahelise valguse edasi-tagasi saatmisest kui elektrist.
"Lihtsaim on saata üksikuid footoneid, kuid kui nad ära eksivad, on nende kantav teave kadunud," ütles ta. "Kassi olekud saavad kvantteavet kodeerida viisil, mis võimaldab optilist kadu tuvastada ja seda parandada. Ehkki igal optilisel ülekandel on kadusid, saab seda teavet täiuslikult edastada."
Sellegipoolest on vaja veel tööd teha. Kuigi teadlased suutsid kasse luua "deterministlikult", mis tähendab, et kass ilmnes alati, kui nad oma eksperimenti tegid, ei elanud kassid alati lühikest valgust vastuvõtjani. Optika on keeruline ja mõnikord valgustas valgus enne sinna jõudmist välja.
Samuti võib mõistlik inimene küsida, kas neid valgusimpulsse loetakse tõesti Schrödingeri kassideks. Nad on kindlasti klassikalised objektid - see tähendab, et nad järgivad suuremahuliste objektide deterministlikke seadusi -, kuid teadlased tõdesid artiklis, et ainult nelja footoni skaalal oli laser makroskoopilise ja kvant skaala äärel; ja nii võib öelda, et nad on makroskoopilised ainult kõige laiemas määratluses.
"Tõepoolest, mõned footonid pole reaalmaailma makroskoopilisele objektile midagi lähedast," sõnas Hacker. "Koherentsete optiliste impulsside punkt, nagu me kasutasime, on see, et amplituudi saab pidevalt suurendada ilma põhimõttelise piirita."
Teisisõnu, kindlasti, need on mõned pisikesed kassid. Kuid pole põhjust, et sama põhiideed ei saaks kasutada Schrödingeri hiiglaslike kasside valmistamiseks.
Kuid teadlased olid selle termini kasutamisel kindlad ja "optilise lendava kassi olekus" on see siiski rõngas.
