Kvantová kočka ve dvou krabicích. Kredit: Michael S. Helfenbein / Yale University.

Schrödingerova kočka je nejoblíbenějším domácím mazlíkem kvantové mechaniky a už sama o sobě je dost zvláštní. Tuhle kočku zná asi opravdu každý, takže jenom v šesti smskách: 1. nepruhledna krabice s radionuklidem, jedem a kockou. 2. LOL? 3. rozpad nuklidu vypusti jed a zabije kocku. 4. uzavrena krabice = superpozice stavu nuklidu i kocky. 5. kocka je do otevreni krabice ziva a mrtva zaroven. 6. WTF!

Robert Schoelkopf. Kredit: WORLD ECONOMIC FORUM / swiss-image.ch / Photo Moritz Hager.

Poslední dobou se ale výzkumné týmy předhánějí, kdo přijde s podivnějším vylepšením tohoto legendárního myšlenkového experimentu. Na OSLU jsme už viděli stlačené kvantové kočky nebo makroskopické kvantové kočky a podobných potvor jistě běhá po fyzikálních laboratořích ještě víc. Cheng Wang z Yale a jeho kolegové teď nabídli Schrödingerově kočce na hraní ještě druhou krabici a zkusili, co to udělá s kvantovými jevy. I když by to bylo úžasné, kvantoví fyzici zatím ještě neexperimentují se savci. Jejich experimenty jsou ale zcela nefalšovaně reálné. Jenom mňoukající myšlenkovou kočku nahrazuje kočka elektromagnetická – v tomto případě z koherentních mikrovlnných fotonů.

Superpozice kočky. Kredit: Dhatfield / Wikimedia Commons.

Wang a spol. postavili experiment, který zahrnuje dvě krabice s kočkou, tedy dva 3D dutinové mikrovlnné rezonátory (microwave cavity), které propojuje supravodivý umělý atom. Elektromagnetickou kočku v experimentu tvoří mikrovlnné fotony v obou rezonátorech. Podle Wanga to můžeme vidět tak, že jejich kvantová kočka je velká a šikovná. Nezůstává v jedné „krabici“, protože příslušný kvantový stav je sdílený mezi oběma rezonátory a není ho možné popsat zvlášť pro jednotlivé krabice. Anebo, z jiného úhlu pohledu, vlastně v experimentu mají nikoliv jednu ale dvě malé a jednoduché kvantové kočky, které jsou ovšem navzájem kvantově provázány – entanglovány.

Yale University

Tohle ještě nikdo nedokázal a výzkum s potěšením publikoval extraligový časopis Science. Navíc nejde jenom o hraní si s rozvernými kočkami v krabicích. Výstupy těchto experimentů jsou velmi zajímavé pro vývojáře kvantových počítačů. Až se objeví pořádné kvantové počítače, tak budou umět podivuhodné věci a budou k tomu využívat superpozice a kvantová provázání. Na cestě k takovým kvantovým počítačům je ale nutné překonat celou řadu úskalí.

Jedním z hlavních problémů ve vývoji spolehlivých kvantových počítačů je vypracování postupu pro opravy chyb, aniž by přitom docházelo k narušení zpracovávané informace. Podle vedoucího výzkumu Roberta Schoelkopfa, šéfa Yale Quantum Institute, by právě v tomhle mohly být kvantové kočky ve dvou krabicích užitečné. Vytvoření kvantové kočky tohoto typu totiž prý představuje první krok k nezbytné logické operaci mezi dvěma kvantovými bity, která by byla základem postupu při opravování chyb.
Pořídit Schrödingerově kočce dvě krabice na hraní nebylo vůbec jednoduché. Wang, Schoelkopf a jejich kolegové pro svůj experiment zkombinovali spoustu špičkových technologií. Kromě toho ale vytvořili i celou řadu unikátních komponent, jako například válcovité 3D rezonátory, které v supravodivých obvodech udrží kvantovou informaci rekordní dobu – déle než 1 milisekundu nebo měřící systém, který monitoruje jisté aspekty kvantového stavu, aniž by došlo k jeho destrukci. 


Video: Quantum Computing | Robert Schoelkopfhttps://www.youtube.com/watch?v=GV7YmbheW6s

Literatura
Yale University 26. 5. 2016, Science 352: 1087-1091, Wikipedia (Schrödinger's cat).