Kvantově provázané mechanické mikrorezonátory. Kredit: Moritz Forsch. Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology.

Kdo slyšel o entanglementu, tak už nejspíš nikdy nebude úplně v klidu. Entanglement, čili kvantové provázání, je jedním z nejpodivnějších projevů kvantové mechaniky. Pokud jsou dva objekty kvantově provázané, tak jsou jejich stavy navzájem neoddělitelné. Když stav jednoho takového objektu změní, tak se změní i ten druhý. Jak praví kvantová mytologie, takové provázání trvá, i kdyby objekty dělily světelné roky.

Simon Gröblacher. Kredit: Delft University of Technology.

Vědci pozorují entanglement obvykle na elementárních částicích a podobných věcech nepatrných velikostí. Postupně se ale odvažují dál, směrem do makrosvěta. Britského fyzika Andrewa Armoura z Nottinghamské univerzity, a jistě i mnohé další, velmi dráždí otázka, kam až se s entanglementem asi můžeme dostat? U jak velkých objektů může ještě fungovat? Příslušné odpovědi nás přivádějí k velmi zajímavým technologiím, jako jsou třeba ultrapřesná měření gravitace nebo nehacknutelný kvantový internet.

Albert Einstein entanglement zrovna dvakrát nemusel. Bylo to pro něj strašidlo, s nímž si není radno zahrávat. Během posledních desetiletí ale fyzici museli uznat, že tohle strašidlo skutečně existuje, a že působí minimálně na vzdálenost mezi Zemí a oběžnou dráhou. Entanglované částice bývají velmi malé, protože je snadnější chránit jejich křehké kvantové stavy před chaosem okolního světa. Teď se to ale mění.

Mika Sillanpää. Kredit: Aalto University.

Hned dva výzkumné týmy nedávno zapracovaly na tom, aby dostaly entanglement do makrosvěta. V obou případech museli badatelé experimenty zchladit na teplotu blízkou absolutní nule. Simon Gröblacher z nizozemské Technische Universiteit Delft a jeho spolupracovníci vykouzlili kvantové provázání křemíkových mikrorezonátorů (silicone beams) o velikosti bakterií na křemíkovém čipu. Povedlo se jim to sice jenom na zlomek sekundy, na publikaci v časopise Nature to ale stačilo. Jeden takový mikrorezonátor přitom obsahoval asi 8 miliard atomů.

Kvantově provázané mikrobubny na křemíkovém čipu. Kredit: Aalto University/Petja Hyttinen & Olli Hanhirova, ARKH Architects.

Finský fyzik Mika Sillanpää z univerzity Aalto-yliopisto s kolegy nato šli jinak. Použili miniaturní mechanické bubny z vibrující hliníkové membrány o šířce zhruba odpovídající hodně tenkému lidskému vlasu (15 mikrometrů). Na bubny působili mikrovlnami a sledovali kvantové stavy bubnů. Nakonec se jim povedlo prokázat kvantové provázání bubnů, které prý může trvat prakticky věčně, pokud budou mikrobubny skrápěné mikrovlnami. V prestižním Nature mají článek hned za Gröblacherovým týmem.

Kvantové provázání v makrosvětě by mohlo mít řadu možných aplikací. Gröblacherovy mikrorezonátory záměrně vibrují tak, aby byly kompatibilní s existujícími telekomunikačními systémy. Časem by se mohly stát základem uzlů kvantového internetu. Mikrobubny týmu, který vedl Sillanpää, jsou prý zase vhodné k přesným měřením. Mohly by z nich vzniknout kvantové senzory, které by byly skvělé na ultrapřesná měření chvění časoprostoru v souvislosti s detekcí gravitačních vln a v podobných aplikacích.

Podle Johna Teufela z institutu National Institute of Standards and Technology (NIST) v Boulderu, stát Colorado, mají oba experimenty svá pro a proti. Entanglement . Gröblacherových strun trval jenom velmi krátkou dobu, byl ale detekován s vysokou pravděpodobností. Sillanpääovy mikrobubny byly entanglovány na dobrou půlhodinu, ale prokazování úspěchu jim dalo hodně zabrat a vyžadovalo komplikované teoretické úvahy. Teufel naznačuje, že jen máloco bývá ideální. Je každopádně nadšený a zároveň zvědavý na další kroky v tomto směru. Kdo by nebyl?

Video:  Mika Sillanpää: "The borderline between quantum physics and everyday world"


Literatura
Science News 25. 4. 2018, Nature 556: 473–477 a 478–482.