Ласерски пулс одскочио је од атома рубидија и ушао у квантни свет преузевши чудну физику „Сцхродингерове мачке“. Онда је други урадио исту ствар. Онда још један.
Ласерски импулси нису расли виски или шапе. Али постали су попут чувене квантно-физичке мисли да експериментису Сцхродингерову мачку на важан начин: Били су то велики објекти који су се понашали попут истовремено мртвих и живих бића субатомске физике - која су постојала у ушћу између два истовремена, контрадикторна стања. А лабораторија у Финској, где су рођени, није имала ограничења у томе колико би могли да зараде. Пулс након пулса претворио се у створење квантног света. А те "квантне мачке", иако су постојале само делић секунде у експерименталној машини, имале су потенцијал да буду бесмртне.
"У нашем експерименту, апарат је одмах послан детектору, па је уништен одмах након његовог стварања", рекао је Бастиан Хацкер, истраживач Мак Планцк института за квантну оптику у Немачкој, који је радио на експерименту.
Али то не мора бити тако, рекао је Хацкер за Ливе Сциенце.
"Оптичко стање може живети заувек. Дакле, ако бисмо послали пулс на ноћно небо, у свом стању би могло да живи милијарде година."
Та дуговјечност је део онога што ове импулсе чини толико корисним, додао је. Дуготрајна ласерска мачка може преживјети дуготрајно путовање оптичким влакном, што је чини добром јединицом информација за мрежу квантних рачунара.
Квантна мачка, мртва и жива
Па шта значи направити ласерски импулс попут Сцхродингерове мачке? Пре свега, мачка није била кућни љубимац. Био је то мисаони експеримент који је физичар Ервин Сцхродингер предложио 1935. године како би указао на чисту неразумност квантне физике коју су он и његови колеге тек открили.
Ево како то иде: Квантна физика диктира да, под одређеним условима, честица може истовремено имати две контрадикторне особине. Спиновање честица (квантно мерење које не личи на предење које видимо на макро скали) може бити „горе“, а истовремено је „доле“. Тек када се измери њен спин, честица се своди на овај или онај начин.
Физичари имају неколико интерпретација овог понашања, али најпопуларнија (која се назива интерпретација из Копенхагена) каже да се честица заиста не спинова или завршава пре него што се примети. До тада, то је у некаквом магловитом мрежном свету између држава, а одлучује о оном или оном кад то присиљава спољни посматрач.
Сцхродингер је примијетио да то има неке бизарне посљедице.
Замишљао је непрозирну челичну кутију која је садржала мачку, атом и запечаћену стаклену бочицу са отровним гасом. Ако би се атом распадао (могућност, али није сигурна ствар, захваљујући квантној механици), механизам у кутији разбио би чашу и убио мачку. Да се атом не распадне, мачка би живела. Оставите мачку у кутији на сат времена, рекао је Сцхродингер, а мачка ће завршити у "суперпозицији" између живота и смрти.
Проблем с тим, он је подразумијевао, је што уопће нема смисла.
Па ипак, Сцхродингерова мачка постала је својеврсна корисна скраћеница за макро-скале ствари које поштују законе класичне физике, али комуницирају са квантним објектима тако да немају ни у потпуности ни једну особину, нити у потпуности другу.
У новом експерименту, описаном у раду објављеном 14. јануара у часопису Натуре Пхотоницс, истраживачи су створили ласерске импулсе који су у суперпозицији између два могућа квантна стања. Они су назвали мале импулсе „летећим оптичким мачјим стањем“.
Да би их направили, прво су ограничили атом рубидија у шупљину између два огледала широка само 0,02 инча (око 0,5 милиметара) (приближно ширину зрна соли). Атом може бити у једном од три стања: два „приземна“ стања или једно „узбуђено“. Када је светлост ушла у шупљину, заплела се са атомом, што значи да је његово стање у основи повезано са стањем атома.
Затим, када је пулс светлости погодио детектор светлости, имао је препознатљиве знаке међусобности, нити у потпуности делујући као да је испреплетен с једном или другом врстом атома. Била је то летећа мачка направљена од светлости.
Та између између везе са положајем светлосних таласа, рекао је Хацкер. Након што је бацио поглед на атом, светлост се наставила кретати кроз свемир као талас: брдо и долина, брдо и долина.
Али постало је неизвесно да ли ће у било којем тренутку светлосни талас доћи до врха брда или се спустити у долину, рекао је Хацкер за Ливе Сциенце.
Светло се понашало као да има најмање два различита таласа који су чинили, сваки од њих је огледало друге слике.
(У стварности, светлост би могла имати још више могућих облика: Његов талас је увек имао бар неку шансу да заузме сваку тачку између врха „брда“ и дна „долине“. Али два таласа зрцалне слике представљају две највероватније несигурне државе.)
Истраживачи су рекли да би способност слања покретних мачака с једног места на друго могла бити корисна за квантно умрежавање. То је зато што се квантно умрежавање вероватно ослања на слање светла између квантних рачунара, а не на струју.
"Најлакше би послати појединачне фотоне, али када се изгубе, њихове ношене информације нестају", рекао је. "Мачја стања могу кодирати квантне информације на начин који омогућава откривање оптичких губитака и исправљање за то. Иако сваки оптички пријенос има губитке, информације се могу преносити савршено."
Речено је да још увек мора бити урађено. Док су истраживачи били у стању да мачке створе „детерминирано“, што значи да се мачка појавила кад год су извели свој експеримент, мачке нису увек преживеле кратак пут до пријемника светлости. Оптика је лукава, а понекад је свјетлост трептала прије него што је стигла.
Такође би разумна особа могла да се запита да ли се ови светлосни импулси заиста сматрају Сцхродингеровим мачкама. Сигурно су класични објекти - што значи да слиједе детерминиране законе објеката великих размјера - али истраживачи су у раду признали да је ласер у скали од само четири фотона био на рубу макроскопске и квантне скале; и тако би се могло рећи да су макроскопске под само најшире дефиниције.
"Заиста, неколико фотона није ништа близу макроскопском објекту из стварног света", рекао је Хацкер. „Тачка кохерентираних оптичких импулса попут оних које смо користили је да се амплитуда може континуирано повећавати без икаквих основних ограничења.“
Другим речима, то су неке ситне мачке. Али нема разлога да се иста основна идеја не искористи за прављење неких гигантских Сцхродингерових мачака.
Али истраживачи су на крају били сигурни у употребу термина, а „оптичко стање летеће мачке“ заиста има и прстен.
