Mégis megleshető Schrödinger macskája?

Kanadai kutatóknak egy viszonylag új technika alkalmazásával elsőként sikerült közvetlenül megmérniük egyes fotonok polarizációját. Munkájuk megkerülte Heisenberg határozatlansági elvének egyik akadályát, ami azt mondja ki, hogy a kvantummechanika világában lehetetlen pontos méréseket végezni, mert maga a mérés megváltoztatja a vizsgálatunk tárgyát. Az ottawai egyetem eredményét, hogy sikerült méréseket végezniük a fotonon, fontos lépésnek tartják ahhoz, hogy kvantumszámítógépeket tudjunk létrehozni.

A kvantumszámítások alapját úgynevezett kvantumbitek képezik, amelyek bonyolultabbak, mint a mai bináris számítógépek által használt bitek. A biteknek ugyanis csak kétféle állapotuk van: értékük vagy 0, vagy 1. Ezzel szemben a kvantumbitek furcsa állapotokban is létezhetnek: a kvantum-szuperpozíció állapotában egyszerre 0 és 1 a kvantumbit értéke; kvantum-összefonódás esetében két kvantumbit akkor is kapcsolatban marad egymással, ha fizikai értelemben jelentős távolság van közöttük.

Mivel a kvantumgépek feltörhetetlen titkosítási kódot, illetve nagy adatmennyiség gyors feldolgozását ígérik, a tudományterület világszerte komoly támogatást kap.

Élőhalott macska

A Nature Photonics tudományos lapban közölt tanulmány vezető szerzője, Jeff Salvail úgy jellemezte a kísérletüket, hogy egy kis betekintést nyertek Schrödinger macskájára. Ez a kvantumelmélet egyik legismertebb gondolatkísérlete, ami a szuperpozíció állapotát hivatott bemutatni. A szuperpozíció állapotában a kvantumbit egyszerre kétféle állapotban létezhet, és amíg nem végzünk el közvetlen méréseket, mindkét állapot ugyanannyira igaz.

Képzeljünk el egy dobozba zárt macskát, ami mellé beraknak egy mérget tartalmazó üveget, amely egy radioaktív részecske hatására megöli a macskát. Ha azonban nem történik radioaktív bomlás, akkor a méregfiola érintetlenül, a macska pedig életben marad. A kvantummechanika elve szerint amíg nem nézünk be a lezárt dobozba, addig mindkét végkifejlet lehetséges: a macska életben van és halott is egyszerre. A tudósok arra keresik a választ, hogy meddig érvényesek a kvantummechanika törvényei (amik a radioaktív bomlásra jellemzők), és honnantól viselkedik az anyag a klasszikus fizika törvényei szerint (ami a macska viselkedésére jellemző).

Hogy megvizsgáljanak egy kvantumállapotot, a rendszer számos megegyező másolatán kell elvégezni több mérést – írják a tanulmány szerzői. Olyan gyenge mérések szükségesek, olyan kevés információt kell begyűjteni egy-egy vizsgálattal, hogy a kvantumállapot ne roppanjon össze.

A tanulmány szerzői nem állítják, hogy teljesen megkerülték a határozatlansági elvet, mert ez nem lehetséges. Pontosabban fogalmazva (fenntartva, hogy a szavakban elvész minden olyan precizitás, ami a kutatómunka matematikai magyarázatában fellelhető) sikerült kihasználniuk a határozatlansági elv bizonyos részleteit.

Ebben az esetben, a polarizált fényt két különböző vastagságú kristályon eresztették át: az első, nagyon vékony kristály "óvatosan" megmérte a horizontális és vertikális polarizációs állapotot, míg a második, vastagabb kristály komolyabb mérést végzett a diagonális polarizáción. A folyamatot sokszor megismételve pontos statisztikát lehet gyűjteni, amivel megállapítható a foton polarizációja.