Подкрепете ни!




Наука11 юли 2020

Физиците измислиха как да спасят котката на Шрьодингер

Множество експерименти доказаха, че квантовият скок може да бъде предвиден

Снимка: wikimedia.org
Снимка: wikimedia.org
Известният мисловен експеримент с черната котка в кутия на австрийския физик Ервин Шрьодингер е илюстрация на една от определящите характеристики на квантовата механика - непредсказуемото поведение на частиците на квантово ниво. Това прави работата с квантовите системи невероятно трудна; но какво ще стане, ако можем да направим квантови прогнози? Екип от физици смята, че това е възможно.

В проучване, публикувано миналата година, те заявиха, че могат да предсказват квантовия скок и дори да обърнат процеса, след като вече е започнал. Според тях те са „спасили“ котката на Шрьодингер.
Но нека си припомним коя беше котката на Шрьодингер. 

В затворена кутия има котка. В кутията има източник на радиоактивен разпад, брояч на Гейгер и запечатана колба с отрова. Ако броячът на Гейгер открие радиоактивен разпад на един атом, колбата с отрова се чупи и тя убива котката. Няма начин да се надникне вътре, така че да е ясно дали котката е жива или мъртва. Тя съществува и в двете състояния, докато не отворите кутията. В момента, в който го направите, тогава ще е факт или едното, или другото, напълно произволно, но няма как да е едновременно и двете.

Целият този въображаем парадокс е метафора за нещо, наречено квантова суперпозиция, при което частица (като атом, електрон или фотон) може да съществува в множество енергийни състояния едновременно - до момента, в който започнете да я наблюдавате. След като започне наблюдението, внезапният случаен преход между енергийните състояния е известен като квантов скок.
И именно този скок физиците вече са успели не просто да предскажат, но и да манипулират, умишлено променяйки резултата. Изследователите, водени от екип от Йейлския университет, направили това с изкуствени атоми, наречени кубити, които се използват като основни единици на информация в квантовия компютър.

Всеки път, когато измервате кубит, той извършва квантов скок. Те са непредсказуеми в дългосрочен план, което може да доведе до проблеми при квантовите изчисления.
"Искахме да разберем дали би било възможно да се получи предупредителен сигнал, че скокът ще настъпи незабавно", казва физикът Златко Минев от Йейлския университет. 
Екипът проектирал експеримент за косвено наблюдение на свръхпроводящ кубит, използвайки три микровълнови генератора за облъчване на кубита в запечатан 3D корпус от алуминий. Това микровълново излъчване движи кубита между различните енергийни състояния, докато друг лъч микровълново излъчване следи кутията.

Внезапното отсъствие на фотони означава, че кубитът е на път да направи квантов скок във възбудено състояние. Друг, перфектно синхронизиран импулс на излъчване може да обърне квантовия скок, след като бъде открит, като изпрати кубита обратно в неговото основно състояние. С други думи по този начин не се позволява на котката на Шрьодингер да умре и тя се връща към живота.

Все още има дългосрочна непредсказуемост; например, изследователите не могат да предвидят точно кога ще се случи квантов скок. Може да е след пет минути или пет часа. Но след като скокът е започнал, той винаги следва един и същ път. При над 6,8 милиона скока, наблюдавани от екипа, моделът бил последователен.
"Квантовите скокове на атом са донякъде аналогични на изригването на вулкан", каза Минев. „Те са напълно непредсказуеми в дългосрочен план. "Въпреки това, с правилния мониторинг можем със сигурност да открием предварително предупреждение за предстоящо бедствие и да действаме по него, преди да е настъпило" – допълва той.
Изследването е публикувано в Nature.
Източник

Още по темата:

Астроном: Шансовете да сме в Матрицата са 50 на 50 Наука

Астроном: Шансовете да сме в Матрицата са 50 на 50

Възможно ли е да сме герои в компютърна симулация на високоразвита цивилизация?

Откриха втори признак на живот на Венера Наука

Откриха втори признак на живот на Венера

Първо фосфин, а сега и глицин свидетелстват за възможни нисши организми

Върнаха тасманийските дяволи в Австралия след 3000 години Наука

Върнаха тасманийските дяволи в Австралия след 3000 години

Безразборната инвазия на различни хищници, както и заразен тумор са причина за драстичния спад в популацията

Хората с неандерталски гени са по-податливи на усложнения от COVID-19 Наука

Хората с неандерталски гени са по-податливи на усложнения от COVID-19

Вирусът действа по различен начин на заразените. На какво се дължи това?

Нарцисите са политически по-активни Наука

Нарцисите са политически по-активни

Качества като егоизъм и авторитарност могат да оформят лидер, самодостатъчността - не

Нобелова награда за вирусолозите, които откриха хепатит С Наука

Нобелова награда за вирусолозите, които откриха хепатит С

Харви Алтър, Майкъл Хоутън и Чарлз Райс са новите носители на Нобеловата награда по физиология и медицина за 2020 година

Половин милион акули могат да бъдат избити заради ваксината против коронавируса Наука

Половин милион акули могат да бъдат избити заради ваксината против коронавируса

Скваленът е включен като съставка в няколко от проектите на фармацевтичните компании

НАСА: Ресурсите на Луната са на този, който ги добива Наука

НАСА: Ресурсите на Луната са на този, който ги добива

Споразумение определя как да се усвояват полезните изкопаеми на земния спътник

Странна форма на живот може да има дълбоко в звездите Наука

Странна форма на живот може да има дълбоко в звездите

Авторите обясняват хипотезата си с космически огърлици от непознати частици, които приличат на спиралите на ДНК и РНК

Обсебен ли е бил Фройд от темата „сексуалност“? Наука

Обсебен ли е бил Фройд от темата „сексуалност“?

К. Юнг: Нерелигиозният Фройд си бе изваял скрит бог

Откриха звяр в хибернация в Антарктида отпреди 250 милиона години Наука

Откриха звяр в хибернация в Антарктида отпреди 250 милиона години

Листрозаврите са живели милиони години са успели да устоят на най-масовото изчезване на видовете

Странни планети номади бродят из Млечния път Наука

Странни планети номади бродят из Млечния път

Новият телескоп „Нанси Грейс Роман" ще разкрие тайната на скитащите се небесни тела

Кейти Мак: „Не очаквах да участвам в поп парче, когато отидох да уча физика“ Наука

Кейти Мак: „Не очаквах да участвам в поп парче, когато отидох да уча физика“

Тя е космолог, писател, оратор и един от най-популярните гласове на науката

Мъск изкарва на пазара мозъчни чипове Наука

Мъск изкарва на пазара мозъчни чипове

Чипираните хора ще чуват звуци, недостъпни за човешкото ухо, парализирани ще проходят, тъжните ще получат серотонин

Написано в кръвта ни Наука

Написано в кръвта ни

Рискът от зараза с COVID-19 е по-голям при хората с кръвна група А. Тези с нулева трябва да се пазят от СПИН.

Пандемията - добро време за роботи Наука

Пандемията - добро време за роботи

Стиви и Вайлет са сред първите помагачи с изкуствен интелект