Stelle dir eine Katze vor. Ich nehme an, Sie stellen sich eine lebende vor. Es spielt keine Rolle. Du liegst so oder so falsch – aber du hast auch Recht.
Dies ist die Prämisse von Erwin Schrödingers Gedankenexperiment von 1935 zur Beschreibung von Quantenzuständen, und jetzt ist es Forschern gelungen, eine dicke (d.h. massive) Schrödinger-Katze zu erschaffen, die die Grenzen der Quantenwelt austestet und wo sie der Klassik weicht Physik.
Schrödingers Experiment lautet so: Eine Katze befindet sich in einer Kiste mit einem Gift, das aus ihrem Behälter freigesetzt wird, wenn ein Atom einer radioaktiven Substanz, ebenfalls in der Kiste, zerfällt. Da es unmöglich ist zu wissen, ob die Substanz in einem bestimmten Zeitrahmen zerfallen wird oder nicht, ist die Katze sowohl lebendig als auch tot, bis die Kiste geöffnet und eine objektive Wahrheit festgestellt wird. (Sie können mehr über das Gedankenexperiment lesen Hier.)
Auf die gleiche Weise befinden sich Teilchen in Quantenzuständen (Qubits, wenn sie als Bits in einem Quantencomputer verwendet werden) in einer Quantenüberlagerung (d. h. sowohl „lebendig“ als auch „tot“), bis sie gemessen werden , an welcher Stelle die Überlagerung zusammenbricht. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Computerbits, die entweder einen Wert von 0 oder 1 haben, können Qubits gleichzeitig sowohl 0 als auch 1 sein.
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Jetzt haben Forscher eine Schrödinger-Katze hergestellt, die viel schwerer ist als die zuvor geschaffenen, und das schlammige Wasser getestet, in dem die Welt der Quantenmechanik der klassischen Physik der vertrauten makroskopischen Welt Platz macht. Ihre Forschung ist veröffentlicht diese Woche in der Zeitschrift Science.
Anstelle der hypothetischen Katze befand sich ein kleiner Kristall, der in eine Überlagerung zweier Schwingungszustände gebracht wurde. Die Schwingungszustände (oben oder unten) sind in Schrödingers Gedankenexperiment gleichbedeutend mit lebendig oder tot. Ein supraleitender Schaltkreis, praktisch ein Qubit, wurde verwendet, um das Atom darzustellen. Das Team koppelte ein elektrisches Feld erzeugendes Material an den Schaltkreis, wodurch seine Überlagerung auf den Kristall übertragen werden konnte. Capiche?
„Indem wir die beiden Schwingungszustände des Kristalls überlagern, haben wir effektiv eine 16 Mikrogramm schwere Schrödinger-Katze geschaffen“, sagte Yiwen Chu, Physiker an der ETH Zürich und Hauptautor der Studie, an einer Universität freigeben.
16 Mikrogramm entsprechen ungefähr der Masse eines Sandkorns, und das ist auf Quantenebene eine sehr fette Katze. Laut der Pressemitteilung ist sie „mehrere Milliarden Mal schwerer als ein Atom oder Molekül und damit die bisher fetteste Quantenkatze“.
Es ist nicht das erste Mal, dass Physiker getestet haben, ob Quantenverhalten in klassischen Objekten beobachtet werden kann. Letztes Jahr ein anderes Team erklärten, sie hätten ein Bärtierchen quantenverschränktobwohl eine Reihe von Physikern Gizmodo sagten, dass die Behauptung Poppycock sei.
Dies ist etwas anders, da das jüngste Team nur die Masse eines Objekts in einem Quantenzustand testete, nicht die Möglichkeit, ein Lebewesen zu verschränken. Das ist zwar nicht in den Plänen des Teams, aber die Arbeit mit noch größeren Massen „wird es uns ermöglichen, den Grund für das Verschwinden von Quanteneffekten in der makroskopischen Welt echter Katzen besser zu verstehen“, sagte Chu.
Was die wahre Grenze zwischen den beiden Welten betrifft? „Niemand weiß es“, schrieb Matteo Fadel, Physiker an der ETH Zürich und Mitautor des Papiers, in einer E-Mail an Gizmodo. „Das ist das Interessante und der Grund, warum der Nachweis von Quanteneffekten in Systemen mit zunehmender Masse so bahnbrechend ist.“
Die neue Forschung nimmt Schrödingers berühmtes Gedankenexperiment auf und gibt ihm einige praktische Anwendungen. Die Steuerung von Quantenmaterialien in Überlagerung könnte in einer Reihe von Bereichen nützlich sein, die sehr genaue Messungen erfordern; zum Beispiel helfen reduzieren das Rauschen in den Interferometern, die Gravitationswellen messen.
Fadel untersucht derzeit, „ob die Gravitation eine Rolle bei der Dekohärenz von Quantenzuständen spielt, nämlich ob sie für den Übergang von Quanten zu Klassik verantwortlich ist, wie er vor einigen Jahrzehnten von Penrose vorgeschlagen wurde“. Schwerkraft scheint auf der subatomaren Ebene nicht zu existieren und wird im Standardmodell der Teilchenphysik nicht berücksichtigt.
Die Quantenwelt ist reif für neue Entdeckungenaber leider ist es vollgestopft mit Unbekannte, SackgassenUnd ärgerliche neue Probleme.
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