Kvantumparadoxon belülről: nagy lépés a kvantumszámítógép felé?

by Galaktika · Published 2013-10-15 · Updated 2017-03-03

A kvantummechanika egyik legalapvetőbb és legfurcsább tézise és követelménye az, hogy amint egy kísérletet végző személy megvizsgál valamit, akkor a lehetséges kvantumállapotokból összeálló komplex kvantumrendszer katasztrofális körülmények között összezuhan abba az egy állapotba, amit a vizsgáló éppen mér. Most tudósoknak sikerült ennek a többállapotúságnak az összeomlását megfigyelni – és adatokkal rögzíteni!

Ez a szétesés a kvantummechanika szerint hirtelen és megfordíthatatlan, ráadásul egyáltalán nem magától értetődő: hiszen miért van az, hogy ahelyett, hogy a tényleges, objektív igazságot ismerünk meg, az anyag “átver” minket, és igazodik a mérés technikájához, ledobva magáról a többi lehetséges kvantumállapotát?

Egy frissen elvégzett kísérletben erre is kerestek választ. Ún. gyenge mérést alkalmaztak, azaz indirekt módon figyelték meg a kvantumrendszert: egy sugárra gyakorolt hatását és annak változását figyelték meg, így információt szerezve a kvantumállapotok pillanatnyi természetéről, elkerülve azok hirtelen összeomlását.

A Kaliforniai Egyetem munkatársa és szilárdállapot-fizikusa, Kater Murch és kollégái egy szupravezető áramkörön végezték el a méréseket, amely szuperpozícióban volt – két kvantumállapot kombinációjában. Amit megfigyeltek, azok olyan mikrohullámok voltak, melyek az áramkört tartalmazó dobozon áthaladtak, és megfigyelték az áramkör áramingadozásai által gerjesztett változásokat a mikrohullámokban. Pár mikromásodperc alatt ezek a gyenge mérések rögzítették az áramkör adatait, miközben az fokozatosan levetette a szuperpozíciót és beállt egy kvantumállapotba – azaz lassított felvételben rögzítették egy kvantumrendszer összeomlását. Bár hasonló kísérletet már végeztek fotonokkal, a szilárdanyagra eddig ez a pontosság és fejlettség nem volt jellemző.

Kvantummechanika témában ajánljuk:

Murch és csapata arra is rámutat, hogy a dekoherencia (azaz a folyamat, ami szerint a kvantumállapotok lebomlanak a környezeti ráhatás miatt) minimalizálható megismételt gyenge mérésekkel. A mikrohullámok, mint a szupravezetővel érintkező valamik, környezetként tekinthetők a kísérlet szempontjából, és a környezetet megfigyelve a mikrohullámokban jelentkező ingadozás számszerűsíthető értékként tekintgető, nem pedig ismeretlen eredetű zavarként.

Így a kvantumállapot tiszta tud maradni – ennek pedig gyakorlati jelentősége is van. Eszerint ugyanis mondjuk egy számítógépbe épített alkatrész kvantumállapota(i) eredeti állapotban megőrizhető(k) – ez az alkatrész lehet egy hibás kristály vagy egy csapdába ejtett ion is akár, így egyre kisebb méretű kísérleti hardverek építhetők.

Ezek a mérések a Riverside Kaliforniai Egyetem tudósa, Alexander Korotkov szerint afféle kvantumkormányként is elképzelhetők: segítenek lassítani illetve egy bizonyos fejlődési irányba terelni a kvantumrendszereket. Ezek a képességek egy jövőbeli, kvantumtechnológiára épülő számítógéphez elengedhetetlenek, így az ilyen kísérletek rendkívül fontos részét képezik nem csak az adatszerzésnek, hanem elengedhetetlenek a jövő informatikája szemszögéből is.

Akik követnek minket, tudják, hogy hamarosan megjelenik nálunk (egész pontosan október 17-én, csütörtökön) a Hugo-díjjal is kitüntetett Robert Charles Wilson legújabb regénye, a Bázis – a Blind Lake-rejtély. Ebben egy kísérleti stádiumban levő kvantumszámítógép segítségével figyelnek meg egy idegen lényt egy másik bolygó felszínén – amely olyan technológiát használva éri el gigászi számítókapacitását, mint amilyennel Murch és csapata kísérletezik. Aztán minden figyelmeztetés nélkül karanténba zárják az egész bázist, és a bent ragadt tudósok abban sem biztosak, hogy miért. A végén pedig még abban is kételkedni kezdenek, hogy jó helyen vannak-e egy épületben azzal a kvantumszámítógéppel…