Kvantový obvod rádia v elektronovém mikroskopu. Kredit: TU Delft.

Příliš slabé rádiové signály neštvou jenom nadšené posluchače rádií, kteří dnes ještě na světě zůstali a zrovna se marně snaží naladit svoji oblíbenou stanici. Je to problém i pro přístroje na zobrazování magnetickou rezonancí, které zachraňují životy v nemocnicích nebo i pro radioastronomy, kteří se snaží na rádiových vlnách hledat hluboká tajemství vesmíru.

Výzkumný tým nizozemské techniky Delft University of Technology nedávno postavil podivuhodný kvantový obvod, s nímž je možné chytit nejslabší rádiový signál, jaký umožňují principy kvantové mechaniky. Tento kvantový obvod by se v budoucnu mohl stát základem pro řadu zajímavých aplikací, třeba v medicíně, diagnostice anebo v radioastronomii. Takový obvod uvítají i vědci, kteří se snaží smířit oheň kvantové mechaniky s vodou gravitace a usilují o teorii kvantové gravitace. Nový výzkum publikoval prestižní Science.

Gary Steele. Kredit: TU Delft.

Kvantová mechanika má spoustu divných předpovědí. Jedním z nich je i to, že energie není spojitá, ale že funguje ve kvantech, která představují nejmenší a dále nedělitelné kousky energie. V případě rádiových vln představují kvanta fotony rádiového záření. Gary Steele a jeho tým dokázali se svým kvantovým obvodem detekovat jednotlivé fotony rádiových vln, tedy nejslabší rádiové signály, jaké podle vládnoucích fyzikálních modelů mohou existovat. Jinými slovy, naladili si kvantové rádio na nejslabší možný signál.

Čip s kvantovým rádiem. Kredit: TU Delft.

Kvantové rádio Steeleho týmu by mohlo v dohledné době nalézt využití v detekci rádiových vln na kvantové úrovni. Badatelé si rovněž dělají zálusk na to, že s kvantovým rádiem prorazí ve výzkumu gravitace na kvantové úrovni. Zatímco kvantovou teorii elektromagnetických procesů, čili kvantovou elektrodynamiku fyzici vymysleli už takřka před 100 lety, kvantová gravitace svému ochočení stále zavile vzdoruje.

S kvantovým rádiem by totiž bylo možné naslouchat kvantovým vibracím hmotných objektů a také tyto vibrace ovládat. Pak půjde udělat experimenty, v nichž budou vědci sledovat, co se stane, když smíchají projevy kvantové mechaniky s gravitací. Podobné experimenty určitě nebudou jednoduché, ale pokud by kvantové rádio prokázalo své kvality, tak bude možné testovat neuvěřitelné věci, například kvantovou superpozici samotného časoprostoru. 

Video:  G. Steele - PRACQSYS 2018 - CEB T2 2018


Literatura
Delft University of Technology 8. 3. 2019, Science 363: 1072–1075.