Jagten på kvantekollapset

Den mest berømte kat i videnskaben er Schrödingers kat, det kvantemekaniske pattedyr, som kan eksistere i en superposition, en tilstand, der lever såvel som død. I det øjeblik du ser på det, en af ​​begge muligheder er valgt. Fysikere ved Leiden University simulerede et eksperiment for at fange dette mystiske øjeblik med valg på rødhændet.

I kvantemekanik, fysikken i de mindste stofstykker, dette valgs øjeblik kaldes bølgens kollaps. I journalen Fysik Status Solidi B , Tom van der Reep, Tjerk Oosterkamp og andre fysikere ved Leiden Universitet og Genève Universitet beskriver, hvordan de håber at fange dette mystiske øjeblik ved hjælp af en kvantemekanisk opsætning ved hjælp af fotoner af mikrobølger i rollerne som den døde og levende kat.

"Superpositioner er ret almindelige inden for kvantemekanik, "siger Oosterkamp, 'men i den makroskopiske verden, vi lever i, du ser dem aldrig. "En kat er enten levende eller død, ikke begge dele. Ifølge den almindeligt accepterede københavnske fortolkning af kvantemekanik, dette er fordi superpositionen forsvinder, så snart man foretager en måling på foton (eller katten).

Kollaps af bølgefunktionen

Oosterkamp tilføjer:"Men ingen steder i denne københavnske fortolkning, det forklares, hvordan dette ville fungere. Hvad er "en måling" egentlig? Ethvert måleapparat vil bestå af atomer, der overholder kvantemekanikkens love, så hvad adskiller måleprocessen? Er det måleapparatets størrelse? Dens masse? Noget andet? Ingen ved. Der er endda fortolkninger, hvor en måling kun sker, når den udføres af en bevidst observatør, eller hvor Universet ville dele sig i flere varianter.

Leidens fysikere besluttede at åbne jagten på sammenbruddet fra en forstærker, der er så enkel som muligt. De starter med fotoner af mikrobølger, en form for lys, i en superposition. I deres opsætning, fotoner tager en rute A samt rute B.

Denne superposition kan detekteres ved at flette ruter A og B igen. Partiklerne vil forstyrre sig selv, hvilket betyder, at de kun vil blive detekteret i en af ​​to udgangsretninger. Når der ikke er nogen superposition, og derfor ingen indblanding, partiklerne vil forlade i begge retninger. Indtil nu, dette er standard kvantemekanisk billetpris, bevist i mange forsøg.

Lav temperatur

Det næste trin er at indføre en måling. "I hver måling i et kvantemekanisk system, der er et element af forstærkning, "siger Oosterkamp, 'da du oversætter et lille signal til et større. Så måske udgør dette forstærkningstrin årsagen til bølgefunktionens sammenbrud. "

Så fysikerne placerer en såkaldt parametrisk forstærker i rute A og B i deres opsætning. Dette er en type forstærker, der godt kan beskrives kvantemekanisk, som er baseret på et stort antal superledende Josephson -kryds.

For det, en ultra-kold temperatur på 50 millikelvin er nødvendig, en tyvende grad Celsius over den absolutte nul temperatur på -273, 15 grader celsius. Sådanne lave temperaturer er også nødvendige for at sikre, at interferensens forsvinden ikke kun skyldes varmen i opsætningen.

på fersk gerning

Ideen er at langsomt øge forstærkningen, og se, hvad der sker med interferensen. I deres artikel, fysikerne beskriver, hvordan bølgefunktionens sammenbrud ville forårsage et 'målbart fald' i interferensen. Så opsætningen er en måde at fange sammenbruddet på.

"Hvis det lykkes for os, det ville være fantastisk, "siger Oosterkamp." Selvfølgelig, så vil du gerne justere parametrene for at se, hvilke ændringer der vil påvirke kollapsøjeblikket. Men i dette stykke, vi viser, at det kan lade sig gøre. "

Kvantecomputere

Papiret var en beregningsøvelse, opsætningen er nu ved at blive bygget. Oosterkamps gruppe har de rigtige kølemaskiner til at udføre eksperimenterne, men det vil være et helvede af arbejde at udvikle de nødvendige parametriske forstærkere, der parrer en høj forstærkning med meget lav varmeproduktion.

Eksperimentet er et samarbejde med kollega Alessandro Bruno, hvem startede virksomheden QuantWare, som producerer disse forstærkere til fremtidige kvantecomputere. "Forhåbentlig, test viser, at forstærkerne forbliver kolde nok, "siger Oosterkamp." Så, vi kan virkelig håbe på at gennemføre disse eksperimenter. "