פיסיקאים הבינו כיצד להציל את החתול שרדינגר

בשנת 1935 הפיזיקאי האוסטרי אדווין שרדינגרהציע ניסוי מחשבה כדי להדגים את האבסורד של מכניקת הקוונטים. החתול של שרדינגר הפך למשתתף בניסוי המחשבה, שיחד עם חומר רדיואקטיבי ומנגנון מיוחד הפותח בקבוק עם רעל, מונח בתיבה סגורה. במקרה של ריקבון אטום רדיואקטיבי - וזה יכול לקרות בכל עת, אך כשלא ידוע בדיוק - המנגנון יפתח מיכל עם רעל והחתול ימות. אבל כדי לגלות אם אטום רדיואקטיבי התפורר או לא, אתה יכול להסתכל רק בתיבה. עד לנקודה זו, על פי עקרונות הפיזיקה הקוונטית, החתול חי ומת גם יחד. מצב זה ידוע כ"סופרפוזיציה קוונטית "- אוסף כל המצבים בהם חתול יכול להיות בו זמנית. אך האם ניתן איכשהו להציל את החיה האומללה? הפיזיקאים מאמינים שכן.

הדבר היחיד שמדענים יודעים בוודאות כיום הוא שחתולים אוהבים קופסאות מאוד.

חתול בקופסה

מקובל כי החתול של שרדינגר יכוללהיות בשתי מדינות בו זמנית, אך חוקרים מאוניברסיטת ייל מאמינים כי החתול לא יכול רק להיות מת או חי, אלא שהוא יכול להינצל ממוות. הכל קשור לסימן האזהרה שהתגלה למעברים קוונטיים שנחשבו בעבר להיות מיידיים ולא צפויים. כתוצאה מכך, לא ניתן לחזות מראש את גורלו של החתול של שרדינגר מראש, אלא אפילו להפוך אותו! למרות העובדה כי החתול של שרדינגר המפורסם הוא ניסוי מחשבה, הוא מכיל פאזל מפתח של תורת הקוונטים.

פיזיקה קוונטית היא מאוד מאוד מוזרה ואםנראה לך שאתה לא מבין את זה, אל תדאג, אפילו פיזיקאים מרגישים כך. קרא כאן מדוע פיזיקה קוונטית כל כך דומה לקסם כאן.

הנחה בסיסית של מכניקת הקוונטיםהוא שבקנה המידה הקטן ביותר, תכונות האטומים מכימות, מה שאומר שחלקיקים לוקחים מצבים בדידים ולא רציפים. לדוגמא, אלקטרון עשוי להיות במצב של אנרגיה נמוכה, אך אם תוסיפו עוד קצת אנרגיה הוא לא יעבור לאט לאט למצב חדש של אנרגיה גבוהה. במקום זאת, היא תעבור למדינה חדשה באופן בלתי צפוי. יתרה מזאת, אם לא תצפו בה, האטום יכול לנקוט מצבי ביניים - הוא יהיה בשני המצבים בו זמנית, ואז, ברגע שתבחינו בכך, הוא יעבור מייד למצב כזה או אחר.

עם זאת, ניסוי שבוצע בשנה שעברהנראה שמסבך כמה מהרעיונות הבסיסיים של תורת הקוונטים. על פי מחקר שפורסם בכתב העת Nature, פיזיקאים הצליחו לחזות סוג של התנהגות אטומית שנקראת קפיצת מדרגה. ואפילו להפוך את הקפיצה. הניסוי התגלה כמתאפשר על אטום מלאכותי בתנאי מעבדה.

בזמן שהחתול נמצא בתיבה, הוא חי ומת גם יחד.

יש לציין כי מחקרים מסוג זהמעלים שאלות חמורות יותר ביחס לאופי הפיזיקה ועשויות להיות לה השלכות חשובות לשיפור מחשבי הקוונטים הנשענים על כללי מכניקת הקוונטים. למידע נוסף על מחשב מחשב וכיצד הוא עובד, קרא את החומר שלנו.

איך לחזות קפיצת מדרגה?

אטומים מלאכותיים נקראים qubits. הם משמשים כיחידות בסיסמידע במחשב קוונטי. בכל פעם שנמדד קוביט, הוא מבצע קפיצת מדרגה, אך הקפיצות הללו אינן ניתנות לחיזוי וכל הניסיונות לבנות חישוב קוונטי הם בעייתיים ביותר. במאמץ להציל את החתול של שרדינגר, צוות מאוניברסיטת ייל פיתח ניסוי להתבונן בעקיפין בקוביט מוליך-על.

לקראת הניסוי הכינו מדעניםהתקנה מיוחדת, הכוללת שלושה גנרטורים למיקרוגל להקרינה של קוויביט, ששוכנו במארז אלומיניום תלת ממדי אטום. במהלך המחקר, פיזיקאים השתמשו בשני אותות מיקרוגל מכוונים במיוחד. קרן אור מיקרוגל אחת סיפקה אנרגיה לקפיצת הקוואנטים, ואילו השנייה אפשרה למדענים לפקח על המצב. ניתן היה לאתר קפיצות קוונטיות כאשר "האטום" התרגש או איבד אנרגיה. לפי גרדיאן, החוקרים מאמינים ש"קפיצות קוונטיות "אינן קפיצות חדות כל כך בין רמות האנרגיה של האטומים, אלא מעברים הדרגתיים, יותר כמו החלקה.

קרא מאמרים מרתקים עוד יותר על היקום המדהים שלנו בערוץ שלנו ב- Yandex.Zen. יש מאמרים שפורסמו באופן קבוע שאינם באתר!

"הקפיצות הקוונטיות של האטום דומות במקצת להתפרצויות געש. הם בלתי צפויים לחלוטין בטווח הרחוק, כותבים מחברי המחקר.

שים לב שבאטומים רגילים "המדינות"מיוצגים על ידי סידור האלקטרון סביב גרעין האטום, אך באטום מלאכותי זה מיוצג המדינה על ידי תכונה קוונטית, שערכה משתנה כאשר האלקטרונים עוברים את מתחם תיבת האלומיניום. מבחינה טכנית, מערכת קוונטית זו היא מחשב קוונטי דו-קוטבי העוקב אחר אותם עקרונות כמו מערכות קוונטיות אחרות, כולל אלקטרונים סביב אטומים.

תעניין אותך: פיזיקה קוונטית תסביר את התנהגותך המוזרה

עם זאת, למרות התוצאות המדהימות, לחוקרים היה רק ​​רגע לפני שהמעבר בין מדינות התרחש. זה אומר ש מדענים אינם יכולים לחזות את היום והשעה המדויקים של מעבר מצב האטום. אבל רמה של ראיית הנולד יכולה להועיל.למחשבים קוונטיים. הטכנולוגיה המבוססת על ניסוי זה יכולה לאפשר לחוקרי מחשוב קוונטי לזהות שגיאות כשהן מתעוררות.

חשוב להבין שיש עוד הרבה עבודה.לפני ששולב מחקר זה במחשבים קוונטיים קיימים. מומחים אחרים בתחום בירכו על המחקר, ופרופסור וולטקו וודרל מאוניברסיטת אוקספורד הגדיר אותו כ"ניסוי יפה מאוד ". האם אתה חושב שאפשר להציל את החתול של שרדינגר? נחכה לתשובה כאן!