Denyut laser melepaskan atom rubidium dan memasuki dunia kuantum - mengambil fizik aneh "kucing Schrödinger." Kemudian yang lain melakukan perkara yang sama. Kemudian yang lain.
Denyut laser tidak menimbulkan kumis atau cakar. Tetapi mereka menjadi seperti percubaan fizik kuantum-fizik yang terkenal Schrödinger dengan cara yang penting: Mereka adalah benda besar yang bertindak seperti makhluk hidup yang mati dan hidup secara fizik subatomik secara serentak - yang wujud dalam keadaan hindu di antara dua keadaan bercanggah serentak. Dan makmal di Finland di mana mereka dilahirkan tidak mempunyai had berapa banyak yang mereka boleh buat. Pulse selepas nadi berubah menjadi makhluk dunia kuantum. Dan mereka "kucing kuantum," walaupun mereka wujud hanya sebahagian kecil daripada kedua dalam mesin eksperimen, berpotensi menjadi abadi.
"Dalam eksperimen kami, ia dihantar ke pengesan dengan serta-merta, jadi ia telah dimusnahkan sejurus selepas penciptaannya," kata Bastian Hacker, seorang penyelidik di Max Planck Institute of Quantum Optics di Jerman, yang bekerja di eksperimen tersebut.
Tetapi ia tidak perlu seperti itu, Hacker memberitahu Sains Live.
"Keadaan optik boleh hidup selama-lamanya, jadi jika kita menghantar sentuhan nadi ke langit malam, ia boleh hidup selama berbilion tahun dalam keadaannya."
Itu umur panjang adalah sebahagian daripada apa yang membuat pulsa ini sangat bermanfaat, tambahnya. Kucing laser yang lama dapat hidup dalam perjalanan jangka panjang melalui serat optik, menjadikannya satu unit maklumat yang baik untuk rangkaian komputer kuantum.
Kucing kuantum, mati dan hidup
Jadi apakah maksudnya untuk membuat denyut laser seperti kucing Schrödinger? Pertama sekali, kucing itu bukan haiwan kesayangan. Ini adalah percubaan pemikiran bahawa ahli fizik Erwin Schrödinger mencadangkan pada tahun 1935 untuk menunjukkan ketidaktepatan yang tidak semestinya fizik kuantum dia dan rakan-rakannya kemudiannya hanya menemui.
Begini bagaimana ia berlaku: Fizik kuantum menentukan bahawa, dalam keadaan tertentu, zarah boleh mempunyai dua ciri yang bercanggah pada masa yang sama. Spin zarah (pengukuran kuantum yang tidak kelihatan seperti pemintalan yang kita lihat pada skala makro) mungkin "naik" sementara juga "turun". Hanya apabila putarannya diukur, zarah itu runtuh dengan cara yang satu atau yang lain.
Fizik mempunyai beberapa tafsiran mengenai tingkah laku ini, tetapi yang paling popular (dipanggil tafsiran Copenhagen) mengatakan bahawa zarah itu tidak benar-benar berputar atau berputar sebelum dipantau. Sehingga itu, ia berada dalam semacam neraka neraka antara negeri-negeri, dan hanya memutuskan pada satu atau yang lain apabila dipaksa oleh seorang pemerhati luar.
Schrödinger menyedari bahawa ini mempunyai beberapa implikasi yang pelik.
Dia membayangkan kotak keluli tahan karat, yang mengandungi kucing, atom dan sebatian kaca bersirat gas racun. Jika atom merosot (kemungkinan, tetapi tidak pasti, terima kasih kepada mekanik kuantum), mekanisme di dalam kotak akan menghancurkan kaca, membunuh kucing. Jika atom tidak reput, kucing akan hidup. Biarkan kucing di dalam kotak selama sejam, kata Schrödinger, dan kucing akan berakhir dengan "superposisi" antara hidup dan mati.
Masalahnya dengan itu, dia menyiratkan, adalah ia tidak masuk akal sama sekali.
Walau bagaimanapun, kucing Schrödinger telah menjadi sejenis singkatan berguna untuk perkara makro yang mematuhi undang-undang fizik klasik, tetapi berinteraksi dengan objek kuantum sedemikian rupa sehingga mereka tidak mempunyai satu sifat atau satu lagi.
Dalam eksperimen baru, yang diterangkan dalam makalah yang disiarkan pada Jan. 14 dalam jurnal Nature Photonics, para penyelidik mencipta denyutan laser yang berada di superposisi antara dua negara kuantum yang mungkin. Mereka memanggil denyut-denyut kecil "terbang keadaan kucing optik."
Untuk membuatnya, mereka pertama kali mengikat atom rubidium ke rongga antara dua cermin hanya 0.02 inci (0.5 milimeter) luas (kira-kira lebar sebatian garam). Atom boleh berada di salah satu daripada tiga negeri: dua "tanah" menyatakan atau satu "teruja" keadaan. Apabila cahaya memasuki rongga, ia menjadi terikat dengan atom, yang bermaksud keadaannya pada dasarnya dikaitkan dengan keadaan atom.
Kemudian, apabila denyutan cahaya memukul pengesan cahaya, ia mempunyai tanda-tanda yang jelas di antara keduanya, sama sekali tidak bertindak seperti itu terikat dengan satu jenis atom atau yang lain. Ia adalah kucing terbang yang terbuat dari cahaya.
Bahawa di antara keduanya ada kaitan dengan kedudukan gelombang cahaya, kata Hacker. Selepas melepaskan atom, cahaya terus bergerak ke angkasa sebagai gelombang: bukit dan lembah, bukit dan lembah.
Tetapi ia menjadi tidak menentu sama ada pada masa tertentu gelombang cahaya mencapai puncak bukit atau turun ke lembah, Hacker memberitahu Live Science.
Cahaya bertindak seolah-olah ia mempunyai sekurang-kurangnya dua gelombang yang berbeza membuatnya, masing-masing imej cermin yang lain.
(Sebenarnya, cahaya itu mungkin mempunyai bentuk yang lebih mungkin: Gelombangnya sentiasa mempunyai sedikit peluang untuk menduduki setiap titik di antara puncak "bukit" dan bahagian bawah "lembah." Tetapi dua gelombang imej cermin mewakili dua negeri yang paling tidak pasti.)
Para penyelidik mengatakan bahawa di jalan raya, keupayaan untuk menghantar kucing bergerak dari satu tempat ke tempat lain mungkin berguna untuk rangkaian kuantum. Itu kerana rangkaian kuantum mungkin bergantung kepada menghantar cahaya ke belakang antara komputer kuantum, kata Hacker, bukannya elektrik.
"Perkara yang paling mudah untuk dihantar ialah foton tunggal, tetapi apabila mereka tersesat, maklumat yang dibawa mereka hilang," katanya. "Negara kucing boleh mengodkan maklumat kuantum dengan cara yang dapat mengesan kehilangan optik dan membetulkannya. Walaupun setiap penghantaran optik mempunyai kerugian, maklumat itu dapat ditransmisikan dengan sempurna."
Yang berkata, masih ada kerja yang perlu dilakukan. Walaupun para penyelidik dapat mencipta kucing "secara deterministik," yang bermaksud bahawa kucing muncul apabila mereka melakukan eksperimen mereka, kucing tidak selalu bertahan perjalanan singkat ke penerima cahaya. Optik adalah rumit, dan kadang-kadang cahaya menghela nafas sebelum sampai di sana.
Juga, orang yang munasabah mungkin mempersoalkan sama ada denyutan cahaya ini benar-benar dikira sebagai kucing Schrödinger. Mereka pastinya objek klasik - bermakna mereka mengikuti undang-undang deterministik objek berskala besar - tetapi para penyelidik mengakui dalam makalah bahawa pada skala hanya empat foton, laser berada di pinggir skala makroskopik dan kuantum; dan oleh itu mereka boleh dikatakan makroskopik di bawah hanya definisi yang paling luas.
"Sesungguhnya, beberapa foton tidak ada yang dekat dengan objek dunia, makroskopik," kata Hacker. "Titik sentuhan optik yang koheren seperti yang kita gunakan adalah, bahawa amplitud boleh ditingkatkan secara berterusan tanpa had asas."
Dengan kata lain, pasti, ini adalah beberapa kucing kecil. Tetapi tidak ada sebab idea asas yang sama tidak dapat digunakan untuk membuat beberapa kisah gergasi Schrödinger.
Tetapi para penyelidik akhirnya yakin dengan menggunakan istilah ini, dan "negara kucing terbang optik" mempunyai cincin kepadanya.
