Fiziķi apgalvo, ka pastāv veids, kā izglābt Šrēdingera kaķi

Slavenais austriešu fiziķa Ervina Šrēdingera domu eksperiments “kaķis kastē” ir piemērs vienai no kvantu mehānikas raksturīgajām īpašībām – kvantu līmenī esošu daļiņu neparedzamai uzvedībai.

Tas padara darbu ar kvantu sistēmām neticami sarežģītu. Bet kas būtu, ja mēs varētu prognozēt kvantu darbības? Fiziķu komanda uzskata, ka tas ir iespējams.

Pagājušajā gadā publicētajā pētījumā viņi pierādīja savu spēju paredzēt to, ko sauc par kvantu lēcienu, un pat mainīt procesu pēc tā sākšanas. Viņi apgalvo, ka ir “izglābuši” Šrēdingera kaķi.

Bet vispirms par to, kas ir Šrēdingera kaķis. Slavenais fiziķis scenāriju iztēlojās šādi: slēgtā kastē ir kaķis. Kastē atrodas arī Geigera skaitītājs ar radioaktīvu vielu un noslēgta indes kolba. Ja Geigera skaitītājs atklāj viena atoma radioaktīvo sabrukšanu, tad tiek saplēsta indes kolba, kas nogalina kaķi. Taču āķis ir tajā, ka stundas laikā var sabrukt varbūt viens atoms, bet ar tādu pašu varbūtību tas var arī nesabrukt.

Ieskatīties kastē nav iespējams, tāpēc nevar zināt, vai kaķis ir dzīvs vai miris. Tāpēc līdz kastes atvēršanai kaķis tiek uzskatīts gan par dzīvu, gan mirušu. Līdz ko kaste ir atvērta, tas uzreiz ir vai nu viens, vai otrs un vairs nevar būt abi vienlaikus.

Viss šis iedomātais scenārijs ir metafora tam, ko sauc par kvantu superpozīciju, ar kuru daļiņa (piemēram, atoms, elektrons vai fotons) vienlaikus var atrasties vairākos enerģijas stāvokļos – tieši līdz brīdim, kurā tas tiek novērots.

Kad tas ir novērots, tā pēkšņo, nejaušo pāreju starp enerģijas stāvokļiem sauc par kvantu lēcienu. Un tieši šo lēcienu fiziķi tagad ir spējuši ne tikai paredzēt, bet arī manipulēt, apzināti mainot iznākumu.

To paveica pētnieki no Jēlas universitātes, izmantojot mākslīgos atomus (kvantu bitus), kurus arī izmanto kā informācijas pamatvienības kvantu datoros.

Katru reizi mērot kvantu bitu, tas veic kvantu lēcienu. Tie ilgtermiņā nav prognozējami, tādēļ tas var radīt problēmas kvantu skaitļošanā.

“Mēs gribējām zināt, vai ir iespējams iegūt iepriekšēju brīdinājuma signālu, ka tūlīt notiks lēciens,” sacīja fiziķis Zlatko Minevs no Jēlas universitātes.

Komanda izstrādāja eksperimentu, lai netieši novērotu supravadošu kvantu bitu. Eksperimentā tika izmantoti trīs mikroviļņu ģeneratori, lai apstarotu kvantu bitu, kas atradās noslēgtā alumīnija apvalkā.

Šis mikroviļņu starojums pārceļ kvantu bitu starp enerģijas stāvokļiem, bet cits mikroviļņu stars monitorē apvalku.

Kad kvantu bits ir zemākajā stāvoklī, mikroviļņu stars rada fotonus. Pēkšņs fotonu trūkums nozīmē, ka kvantu bits gatavojas kvantu lēcienam.

Pētījumā atklājās, ka tā bija drīzāk līgana pāreja, nevis lēciens.

Tādējādi, perfekti ieplānots radiācijas impulss var mainīt kvantu lēcienu pēc tam, kad tas jau ir novērots. Tā rezultātā kvantu bits tiek nosūtīts atpakaļ zemākajā līmenī. Ja skatās no Šrēdingera kaķa skatu punkta – tas no miruša stāvokļa tiek atgriezts dzīvā stāvoklī. 

Taču ilgtermiņā joprojām pastāv neprognozējamība. Pētnieki, piemēram, nevar precīzi paredzēt, kad kvantu lēciens notiks. Tas varētu būt pēc piecām minūtēm vai piecām stundām.

Bet, kad lēciens ir sācies, tas vienmēr iet to pašu ceļu. Pēc novērotiem 6,8 miljoniem lēcienu, modelis bija nemainīgs.

“Atoma kvantu lēcieni ir nedaudz analogi vulkāna izvirdumam,” sacīja Minevs. “Tie ilgtermiņā ir pilnīgi neparedzami.”

“Tomēr ar pareizu uzraudzību mēs varam droši atklāt iepriekšēju brīdinājumu par šo nenovēršamo katastrofu un rīkoties, pirms tā ir notikusi.”