Horká kvantová kočka. Kredit: University of Innsbruck/Harald Ritsch.

Kvantová mechanika je křehká záležitost. Kvantové stavy je obvykle možné připravit a pozorovat za vysoce kontrolovaných podmínek. Týká se to i Schrödingerových koček reálného světa, které se vyklubaly z nejslavnějšího neúspěšného myšlenkového experimentu. Fyzikální kvantové kočky sice nemňoukají, ale jinak fungují moc pěkně. Představují je stavy atomů a molekul nebo třeba oscilace elektromagnetických rezonátorů.

Gerhard Kirchmair. Kredit: ÖAW.

Kvantové kočky se obvykle vyrábějí zchlazením kvantového objektu do stavu s nejnižší možnou energií. Výzkumný tým, který vedl Gerhard Kirchmair z rakouské Leopold-Franzens-Universität Innsbruck a Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW), uspěl s vytvořením horkých kvantových koček v supravodivém mikrovlnném rezonátoru.

Jak říká Kirchmair, zkusili, jestli je možné udělat stavy kvantové kočky, aniž by začali ve stavu s nejnižší možnou energií. Nakonec se jim to povedlo, ačkoliv mluvit v tomto případě o „horké“ kvantové kočce je doopravdy velká nadsázka. „Horké“ pro ně totiž byly teploty do 1,8 kelvinu. Je to sice 60krát více než kolik činí běžná teplota zmíněného supravodivého mikrovlnného rezonátoru, ale z laického pohledu je to stále zmrzlé na kost.

Pozorování kvantových jevů obvykle vyžaduje velmi „čisté“ kvantové stavy, které je ovšem často obtížné dosáhnout. Badatelé zjistili, že je možné vytvářet kvantové kočky z méně „čistých“ kvantových stavů (mixed quantum state).

Logo. Kredit: Universität Innsbruck.

Tím otevřeli dveře zajímavým směrům výzkumu a aplikacím. S tímto přístupem bude možné snadněji vytvářet a využívat stavy kvantové superpozice, tedy praktické kvantové kočky v systémech, v nichž to doposud nebylo praktické. Jde například o nanomechanické oscilátory, které je technicky obtížné uvádět do stavu s nejnižší možnou energií.

Fyzici obvykle považují teplotu za něco, co snadno zničí kvantové jevy. Kirchmair a jeho kolegové potvrdili, že je možné pozorovat a využívat kvantové fenomény v méně ideálních, v tomto případě o něco teplejších podmínkách.

Video: Superconducting qubits for analogue quantum simulation

Literatura

Universität Innsbruck 4. 4. 2025.

Science Advances online 4. 4. 2025.