דופק לייזר הקפיץ אטום רובידיום ונכנס לעולם הקוונטים - לוקח על עצמו את הפיזיקה המוזרה של "החתול של שרדינגר". ואז אחד אחר עשה את אותו הדבר. ואז עוד אחד.
קטניות הלייזר לא הצמיחו פיסות או כפות. אך הם נהיו כמו החתול המפורסם של קוואנט-פיזיקה הניסוי של שרדינגר בצורה חשובה: הם היו חפצים גדולים שפעלו כמו יצורים מתים וחיים בו זמנית של פיסיקה תת-אטומית - שהיו קיימים בלימבו בין שתי מצבים סותרים בו זמנית. ולמעבדה בפינלנד בה הם נולדו אין מגבלה על כמה הם יכלו להכין. דופק אחרי הדופק הפך ליצור של העולם הקוונטי. ואותם "חתולי קוונטים", למרות שהם היו קיימים רק שבריר שנייה בתוך מכונת הניסוי, היו פוטנציאל להיות אלמותי.
"בניסוי שלנו, זה נשלח לגלאי מייד, כך שהוא נהרס מיד לאחר יצירתו", אמר בסטיאן האקר, חוקר במכון מקס פלאנק לאופטיקה קוונטית בגרמניה, שעבד על הניסוי.
אבל זה לא היה צריך להיות ככה, אמר האקר ל- Live Science.
"מצב אופטי יכול לחיות לנצח. אז אם היינו שולחים את הדופק לשמי הלילה, הוא יכול היה לחיות מיליארדי שנים במצבו."
אריכות ימים זו היא חלק ממה שהופך את הקטניות הללו ליעילות כל כך, הוסיף. חתול לייזר בעל אורך חיים יכול לשרוד מסעות ארוכי טווח דרך סיב אופטי, מה שהופך אותו ליחידת מידע טובה עבור רשת מחשבים קוונטיים.
חתול קוונטי, מת וחי
אז מה המשמעות של ביצוע דופק לייזר כמו החתול של שרדינגר? ראשית, החתול לא היה חיית מחמד. זה היה ניסוי מחשבה שהפיזיקאי ארווין שרדינגר הציע בשנת 1935 להצביע על חוסר הסבירות העצומה של פיזיקת הקוונטים שהוא וחבריו רק אז גילו.
כך הולך: פיזיקת הקוונטים מכתיבה כי בתנאים מסוימים, חלקיק יכול להיות בעל שתי תכונות סותרות בו זמנית. סיבוב של חלקיק (מדידה קוונטית שלא ממש נראה כמו הספינינג שאנו רואים בסולם המאקרו) עשוי להיות "למעלה" תוך שהוא גם "למטה". רק כאשר נמדד הסיבוב שלו, החלקיק מתמוטט לכאן או לכאן.
לפיזיקאים יש כמה פרשנויות להתנהגות זו, אך הפופולרי ביותר (המכונה פרשנות קופנהגן) אומר שהחלקיק אינו באמת מסתובב או מסתובב לפני שהוא נצפה. עד אז, זה נמצא בסוג של עולם ערמומי מעורפל בין מדינות, ומחליט רק על האחד או השני כאשר הוא נאלץ על ידי מתבונן מבחוץ.
שרדינגר הבחין שיש לכך כמה השלכות ביזאריות.
הוא דמיין קופסת פלדה אטומה, המכילה חתול, אטום ובקבוקון זכוכית אטום של גז רעל. אם האטום התפורר (אפשרות, אך לא דבר בטוח, בזכות מכניקת הקוונטים), מנגנון בתיבה היה מנפץ את הזכוכית והורג את החתול. אם האטום לא התפרק, החתול היה חי. השאיר את החתול בתיבה במשך שעה, אמר שרדינגר, והחתול היה בסופו של דבר ב"סופרפוזיציה "בין חיים למוות.
הבעיה עם זאת, הוא טען, היא שזה לא הגיוני בכלל.
ובכל זאת, החתול של שרדינגר הפך למעין תקציר שימושי לדברים בקנה מידה מאקרו הצייתים לחוקי הפיזיקה הקלאסית, אך מתקשרים עם אובייקטים קוונטיים כך שאין להם תכונה אחת לחלוטין או אחרת לגמרי.
בניסוי החדש, שתואר במאמר שפורסם ב -14 בינואר בכתב העת Nature Photonics, יצרו החוקרים קטעי לייזר שנמצאים בסופרפוזיציה בין שני מצבים קוונטיים אפשריים. הם כינו את הקטניות הקטנות "מעופפות מצבי חתול אופטיים."
כדי ליצור אותם, הם סגרו תחילה את אטום הרובידיום לחלל שבין שני מראות ברוחב של 0.5 סנטימטרים (בערך רוחב גרגר מלח). האטום יכול להיות באחד משלושה מצבים: שני מצבים "קרקעיים" או מצב "נרגש" אחד. כאשר האור נכנס לחלל הוא הסתבך עם האטום, כלומר מצבו היה קשור מיסודו למצב האטום.
ואז, כאשר הדופק האור פגע בגלאי אור, היו לו סימנים בולטים של התערבות, ואף אחד מהם לא פעל כאילו הוא הסתבך עם אטום כזה או אחר. זה היה חתול מעופף שעשוי מאור.
ההאחדות ביניהן קשורה למיקום גלי האור, אמר האקר. לאחר שהציץ מהאטום המשיך האור לנוע בחלל כגל: גבעה ועמק, גבעה ועמק.
אולם לא היה ברור אם ברגע נתון גל האור מגיע לראש הגבעה או יורד למטה לעמק, אמר האקר ל- Live Science.
האור התנהג כאילו היו לו לפחות שני גלים שונים המרכיבים אותו, כל אחד הוא תמונת ראי של השני.
(במציאות, האור יכול להיות בעל צורות אפשריות עוד יותר: לגל שלו היה תמיד לפחות סיכוי כלשהו לתפוס כל נקודה בין ראש "גבעה" לתחתית "עמק." אבל שני גלי תמונת מראה ייצגו את שתי מדינות בלתי ודאיות ככל הנראה.)
החוקרים אמרו כי בהמשך הדרך יכולת זו לשלוח חתולים נעים ממקום למקום יכולה להועיל לרשת קוונטית. הסיבה לכך היא שרשת קוונטית תסתמך ככל הנראה על העברת אור הלוך ושוב בין מחשבים קוונטיים, אמר האקר, ולא על חשמל.
"הדבר הקל ביותר לשליחה יהיה פוטונים בודדים, אבל כשהם הולכים לאיבוד, המידע שנשאף שלהם נעלם", אמר. "מדינות חתולים יכולות לקודד מידע קוונטי באופן המאפשר לאתר אובדן אופטי ולתקן אותו. למרות שלכל שידור אופטי יש הפסדים, ניתן להעביר את המידע בצורה מושלמת."
עם זאת, עדיין יש לעבוד. בעוד החוקרים הצליחו ליצור את החתולים "באופן דטרמיניסטי", כלומר חתול הגיח בכל פעם שהם ביצעו את הניסוי שלהם, החתולים לא תמיד שרדו את המסע הקצר למקלט האור. אופטיקה מסובכת, ולפעמים האור קרץ לפני שהגיע לשם.
כמו כן, אדם סביר עשוי להטיל ספק אם קטניות האור הללו באמת נחשבות לחתולים של שרדינגר. הם בהחלט אובייקטים קלאסיים - כלומר הם עוקבים אחר החוקים הדטרמיניסטיים של אובייקטים בקנה מידה גדול - אך החוקרים הכירו בעיתון כי בסולם של ארבעה פוטונים בלבד, הלייזר נמצא בקצה סולם מקרוסקופי וקוונטים; וכך ניתן לומר שהם מקרוסקופיים רק תחת ההגדרות הרחבות ביותר.
"אכן, מעט פוטונים אינם דבר הקרוב לאובייקט מקרוסקופי בעולם האמיתי," אמר האקר. "הנקודה של פולסים אופטיים קוהרנטיים כמו אלה שהשתמשנו בה היא שאפשר להגדיל את המשרעת ברציפות ללא גבול מהותי."
במילים אחרות, בטוח, מדובר בכמה חתולים זעירים. אבל אין סיבה שאותו רעיון בסיסי לא ניתן היה להשתמש בו בכדי להפוך כמה שדיים ענקים של שרדינגר.
אולם בסופו של דבר החוקרים היו בטוחים בשימוש במונח, ול"מצב החתול המעופף האופטי "יש טבעת אליו.
