Kan vi kigge på Schrodingers kat uden at forstyrre den?

Kvantefysik er svært og forklarer det endnu mere. Lektor Holger F. Hofmann fra Hiroshima University og Kartik Patekar fra Indian Institute of Technology Bombay har forsøgt at løse en af ​​kvantefysikkens største gåder:hvordan måler man kvantesystemet uden at ændre det?

Deres nye papir offentliggjort i denne måned har fundet ud af, at ved at læse informationen observeret fra et kvantesystem væk fra selve systemet kan forskere bestemme dets tilstand, afhængig af analysemetoden. Selvom analysen er fuldstændig fjernet fra kvantesystemet, det er muligt at genoprette den indledende superposition af mulige udfald ved en omhyggelig læsning af kvantedataene.

"Normalt ville vi søge efter noget ved at kigge. Men i dette tilfælde ændrer kigget objektet, dette er problemet med kvantemekanik. Vi kan bruge kompliceret matematik til at beskrive det, men hvordan kan vi være sikre på, at matematikken beskriver, hvad der egentlig er der? Når vi måler noget, er der en afvejning, og de andre muligheder for, hvad det kunne være, går tabt. Du kan ikke finde ud af noget uden interaktion, du betaler en pris på forhånd." forklarer Hofmann.

Under Patekars månedlange ophold på Hiroshima University, da han var bachelorstuderende, de to fysikere forsøgte at forestille sig måder at måle systemet på uden at "betale prisen", dvs. at beholde systemets superposition eller mening, at systemet kan eksistere i alle stater. For at forstå deres resultater beskriver Hofmann deres resultater ved hjælp af den velkendte fysikhistorie om Schrödingers kat:

Schrödingers kat er i en æske, og forskerne ved ikke, om den er død eller levende. Et kamera er sat op og kigger ind i kassen, der tager et billede fra en position uden for kassen. Billedet taget af katten kommer sløret ud; vi kan se der er en kat, men ikke om den er død eller levende. Blitzen fra kameraet har også fjernet et "kvantemærke", der markerer kattens superposition. Dette foto er nu viklet ind i kattens skæbne - dvs. vi kan bestemme, hvad der skete med katten ved at behandle dette foto på en bestemt måde.

Billedet kunne derefter tages væk fra kassen og behandles på en computer eller i et mørkekammer. Afhængigt af hvilken metode der bruges til at behandle billedet, vi kan finde ud af enten om katten er levende eller død, eller hvad blitzen gjorde ved katten, gendannelse af kvantemærket. Læserens valg afgør, hvad vi ved om katten. Vi kan finde ud af om det er dødt/levende eller gendanne det kvantemærke, der blev fjernet, da billedet blev taget, men ikke begge dele.

Dette er kun et skridt fremad i vores forståelse af kvantemekanik. I dag er dens fulde applikation fortsat begrænset til systemer på ekspertniveau som kvantecomputere, selvom nogle af dens aspekter også kan bruges i præcise målinger, og for sikker kommunikation ved hjælp af kvantekryptografi.

"Dette er en vigtig del af min forskning. Jeg ønskede virkelig at forstå, hvorfor denne kvantemærkelighed er der. Jeg fokuserede på målinger, fordi det er der, mærkeligheden kommer fra!" siger Hofmann.