Kvantová fyzika přetéká fascinujícími fenomény. Mezi nimi se jako celebrita vyjímá kvantová Schrödingerova kočka, a jak je vidět, i na OSLU ji máme rádi. Jak jistě každý ví, tahle kvantová kočka je živá a mrtvá zároveň, neboť její život závisí na radioaktivním nuklidu ovládajícím svým rozpadem vypuštění jedovatého plynu. Nuklid se podle kvantové mechaniky nachází ve stavu superpozice a je buď rozpadlý anebo není a kočka je tudíž buď mrtvá anebo mrtvá není. Zjistíme to ale až ve chvíli, kdy krabici otevřeme a ověříme, v jakém stavu se nuklid a kočka nacházejí.
Méně sexy než Schrödingerova kočka, ale podobně pozoruhodné, jsou takzvané stlačené kvantové stavy (squeezed quantum states). Jde o to, že podle Heisenbergova principu neurčitosti v některých případech nemůžeme zároveň přesně určit hodnoty dvou vlastností, jako jsou poloha a hybnost částice ve kvantové fyzice. Příroda ale není tak nemilosrdná, jak by se zdálo a nabízí nám výměnný obchod. Jedna z veličin může být změřena přesněji, ale musíme za to zaplatit méně přesným změřením druhé veličiny. V takovém případě se mluví o stlačených kvantových stavech, vzhledem k tomu, že neurčitost jedné veličiny byla omezena, tedy stlačena.
V dnešní době jsou jak Schrödingerovy kočky, tak i stlačené kvantové stavy význačnými fenomény kvantové fyziky a zároveň jsou velmi slibné pro technologie blízké budoucnosti. Vědcům Spolkové vysoké technické školy v Curychu, kterým šéfoval experimentální kvantový optik a fotonik Jonathan Home, se teď povedlo spojit oba dva tyto fenomény do jediného experimentu. Když si dopřejeme kapku rozšafné vědecké nadsázky, světlo světa spatřily stlačené kvantové kočky.
Nejprve chytili elektricky nabitý ion vápníků do nepatrné klícky z elektrických polí. Pak ho laserovými paprsky zchladili natolik, aby se v klícce moc nehýbal. Přitom se vytasili s kvantovým stlačením a stlačili jeho vlnovou funkci. Díky kvantovému stlačení věděli s větší přesností, kde polapený ion vápníku v klícce vlastně je a obětovali za to informaci o jeho hybnosti. Nakonec ion vápníku opět ozářili laserovými paprsky, které ho mohou přinutit k pohybu „doprava“ anebo „doleva“.
Konkrétní směr pohybu přitom záleží na spinu, čili vnitřním momentu hybnosti daného atomu. Jenže tím vlastně vytvořili Schrödingerovu kočku, protože ion vápníku se ocitl v hybridním stavu, kdy je zároveň vpravo (kočka žije) a vlevo (kočka umřela). Ke zjištění jeho spinu by ho totiž bylo nutné změřit a v tu chvíli by se ukázalo, jak na tom ion vápníku vlastně je. Takže Home a spol. vyrobili stlačenou kvantovou kočku a hned to uveřejnili v časopisu Nature.
Výhodou stlačených kvantových koček je, že díky počátečnímu kvantovému stlačení lze velmi snadno rozlišit, jestli je ion vápníku „vpravo“ nebo „vlevo“. Jsou pak totiž asi šedesátkrát užší, nežli mezera, která tyto dva stavy odděluje. Také to jsou zatím největší reálně postavené Schrödingerovy kočky, což platí, i kdyby nebyly kvantově stlačené. Spokojený Home k tomu ještě dodává, že nejde jenom o vědecké rekordy. Ukazuje se, že stlačené kvantové kočky jsou velmi slušně odolné vůči některým typům narušení kvantového stavu. Díky tomu jsou velmi zajímavé pro vývoj kvantových počítačů a mohly by pomoci třeba i při ultrapřesných měřeních, které bývají zranitelné vůči vnějším vlivům.
Superpositions. Kredit: ETH Zürich.https://www.youtube.com/watch?v=qVpt-crg_Pc
Literatura
ETH Zürich 25. 5. 2015, Nature online 21. 5. 2015, Wikipedia (Schrödinger's cat, Uncertainty principle, Squeezed coherent state)