Pri mački Schrödinger lahko pride do vrha vrha - slovitega mačjega eksperimenta, ki opisuje skrivnostno vedenje subatomskih delcev - ne da bi trajno ubil (hipotetično) žival.
Nesrečna, namišljena mačka je hkrati živa in mrtva znotraj škatle ali obstaja v superpoziciji "mrtvih" in "živih" stanj, tako kot obstajajo subatomski delci v superpoziciji številnih stanj hkrati. Toda gledanje v polje spremeni stanje mačke, ki nato postane živa ali mrtva.
Zdaj pa študija, objavljena 1. oktobra v New Journal of Physics, opisuje način, kako potencialno pokukati na mačko, ne da bi jo prisilil, da živi ali umre. S tem napreduje znanstvenikovo razumevanje enega temeljnih paradoksov fizike.
V našem običajnem, obsežnem svetu gledanje na predmet ne zdi, da ga spremeni. Toda dovolj povečate in to ne drži.
"Običajno mislimo, da cena, ki jo plačamo za iskanje, ni nič," je dejal vodilni študent Holger F. Hofmann, izredni profesor fizike na univerzi Hiroshima na Japonskem. "To ni pravilno. Če želite videti, morate imeti svetlobo in svetloba spreminja predmet." To je zato, ker celo en sam foton svetlobe prenaša energijo stran od predmeta, ki ga gledate.
Hofmann in Kartik Patekar, ki sta bila takrat gostujoča študenta na univerzi Hiroshima in je zdaj na Indijskem tehnološkem inštitutu Bombay, sta se vprašala, ali obstaja način, kako to iskati, ne da bi "plačali ceno." Pristali so na matematičnem okviru, ki loči začetno interakcijo (gledanje mačke) od odčitavanja (vedoč, ali je živ ali mrtev).
"Naša glavna motivacija je bila, da smo zelo natančno pogledali, kako se dogaja kvantna meritev," je dejal Hofmann. "In ključna točka je, da meritev ločimo v dveh korakih."
S tem lahko Hoffman in Patekar domnevata, da so vsi fotoni, ki sodelujejo v začetni interakciji, ali pokukajo na mačko, zajeti, ne da bi pri tem izgubili podatke o stanju mačke. Pred branjem je še vedno na voljo vse, kar je treba vedeti o stanju mačke (in o tem, kako je gledanje nanjo spremenilo). Šele ko preberemo informacije, jih del izgubimo.
"Zanimivo je, da postopek branja izbere eno od obeh vrst informacij in drugo popolnoma izbriše," je dejal Hofmann.
Tu so opisali svoje delo v smislu mačke Schrödinger. Recimo, da je mačka še vedno v škatli, a namesto da bi pogledali v notranjost, da bi ugotovili, ali je mačka živa ali mrtva, si zunaj okvirja postavili kamero, ki lahko nekako slika v njej (zaradi miselnega eksperimenta oz. ne upoštevajte dejstva, da fizične kamere dejansko ne delujejo tako). Ko je slika posneta, ima fotoaparat dve vrsti informacij: kako se je mačka spremenila kot rezultat fotografiranja (kar raziskovalci imenujejo kvantna oznaka) in ali je mačka po interakciji živa ali mrtva. Nobena od teh podatkov še ni izgubljena. In odvisno od tega, kako se odločite za "razvoj" slike, pridobite eno ali drugo informacijo.
Pomislite na kovanec, je Hofmann povedal Live Science. Izberete lahko, ali veste, ali je bil kovanec obrnjen ali so trenutno glave ali repi. Ampak ne morete vedeti obeh. Če veste, kako se je spremenil kvantni sistem in če je ta sprememba reverzibilna, potem je mogoče obnoviti prvotno stanje. (V primeru kovanca bi ga vrgli nazaj.)
"Vedno morate najprej motiti sistem, včasih pa ga lahko razveljavite," je dejal Hofmann. Kar zadeva mačko, bi to pomenilo fotografiranje, vendar namesto, da bi jo razvili, da bi mačko jasno videla, jo razvila tako, da bi mačko povrnila v mrtvo in živo stanje okončin.
Ključnega pomena je, da je izbira odčitavanja rezultat kompromisa med ločljivostjo meritve in motnjo, ki sta popolnoma enaki, kaže dokument. Resolucija se nanaša na to, koliko informacij se pridobiva iz kvantnega sistema, motnja pa se nanaša na to, koliko je sistem nepovratno spremenjen. Z drugimi besedami, bolj ko veste o trenutnem stanju mačke, bolj ste jo nepovratno spremenili.
"Presenetljivo je, da je zmožnost odprave motnje neposredno povezana s tem, koliko informacij dobite o opazovanem," ali fizične količine, ki jo merijo, je dejal Hofmann. "Matematika je tu precej natančna."
Čeprav je prejšnje delo opozorilo na kompromis med ločljivostjo in motnjo v kvantni meritvi, je ta prispevek prvi, ki je količinsko določil natančno razmerje, je v e-poštnem sporočilu Live Science povedal Michael Hall, teoretični fizik z avstralske nacionalne univerze.
"Kolikor vem, noben prejšnji rezultat nima takšne natančnosti, ki bi se nanašala na ločljivost in motnje," je dejal Hall, ki v raziskavo ni bil vključen. "Zaradi tega je pristop v prispevku zelo čist."
