Timp de decenii, oamenii de știință au crezut că fenomenele cuantice – acele ciudățenii ale fizicii în care o particulă poate exista în mai multe stări simultan – nu pot fi observate decât la temperaturi extrem de scăzute, apropiate de zero absolut. O echipă de cercetători tocmai a spulberat această convingere, reușind să recreeze un o pisică Schrödinger… la o temperatură surprinzător de „caldă” pentru standardele fizicii cuantice. O performanță tehnică ce deschide calea către o revoluție în tehnologiile cuantice, până acum limitate la medii criogenice.
Pentru a înțelege ce face această descoperire atât de spectaculoasă, e necesar un mic reminder. În 1935, fizicianul austriac Erwin Schrödinger a propus un experiment mental celebru pentru a ilustra ciudățeniile lumii cuantice. El și-a imaginat o pisică închisă într-o cutie, alături de un dispozitiv conectat la o particulă subatomică. Dacă particula se dezintegrează, un venin este eliberat și pisica moare. Dacă nu se dezintegrează, pisica rămâne vie. Dar cât timp cutia rămâne închisă și nimeni nu privește înăuntru, pisica este ”în același timp vie și moartă”. Acest stare ciudată, numit ”superpoziție cuantică”, înseamnă că un sistem poate exista în mai multe stări simultan – până când o observație „fixează” realitatea într-o singură stare.
Astăzi, acest paradox nu mai este doar o idee abstractă. Oamenii de știință reușesc să recreeze stări de superpoziție în laborator. Problema? Aceste stări sunt extrem de sensibile. Cea mai mică perturbare externă – și mai ales căldura – este suficientă pentru a le face să colapseze. Căldura provoacă mișcări aleatorii în atomi, numite ”zgomot termic”, care perturbă stările cuantice, asemenea unei vibrații într-un castel de cărți. De aceea, până acum, experimentele cuantice necesitau temperaturi ultra-scăzute, apropiate de zero absolut (−273,15 °C), pentru a limita acest zgomot și a proteja stările fragile. Această constrângere tehnică majoră făcea tehnologiile cuantice greu de utilizat în afara laboratoarelor. Ei bine, exact această barieră a fost depășită de cercetătorii de la Universitatea din Innsbruck. Într-un studiu publicat în ”Science Advances”, aceștia au anunțat că au reușit să creeze o pisică Schrödinger la 1,8 Kelvin, adică aproximativ −271,3 °C. Pentru noi, e o temperatură scăzută, dar în fizica cuantică, e aproape tropicală!
Pentru a atinge acest rezultat remarcabil, echipa a utilizat un ”qubit transmon”, un tip de circuit cuantic bazat pe un material supraconductor. Acest qubit a fost plasat într-un ”rezonator de microunde supraconductor”, o „cutie” capabilă să capteze și să stocheze energia microundelor aproape fără pierderi. Acest sistem ultra-precis permite controlul stărilor cuantice cu mare finețe. Dar asta nu e tot: cercetătorii au folosit două protocoale ingenioase pentru a manipula aceste stări fragile. Primul, numit ECD (Echo Controlled Displacement, deplasare condiționată cu ecou), implică deplasarea unui stări cuantice într-o anumită direcție, urmată de aplicarea unui „ecou” pentru a corecta eventualele erori. E ca și cum ai ajusta traiectoria unui avion în zbor: îl ghidezi, apoi îl stabilizezi.
Al doilea protocol, qcMAP (quantum control mapping, mappare de control cuantic), se bazează pe ”împletirea cuantică” a două elemente cuantice. Prin interacțiunea lor, devine posibil să controlezi starea unuia manipulând-o pe cealaltă, ca și cum două marionete ar fi legate prin fire invizibile. Împreună, aceste metode permit crearea și menținerea stărilor de superpoziție cuantică, chiar și într-un mediu mai cald decât se credea posibil.Cu alte cuvinte, echipa a demonstrat că faimoasa pisică Schrödinger poate supraviețui în condiții mult mai puțin extreme, spulberând un dogmă majoră al fizicii cuantice.
Până acum, unul dintre cele mai mari obstacole în dezvoltarea tehnologiilor cuantice – precum calculatoarele cuantice – era necesitatea menținerii unor temperaturi ultra-scăzute, ceea ce făcea sistemele greoaie, costisitoare și greu de implementat în afara laboratoarelor specializate. Dar această descoperire arată că efectele cuantice pot supraviețui în condiții mai puțin extreme. Acest lucru înseamnă că, în viitor, am putea vedea tehnologii cuantice mai robuste, mai accesibile și adaptate pentru utilizare în contexte reale, dincolo de laboratoarele refrigerate.
Această descoperire nu este un punct final, ci un punct de plecare. Demonstrând că este posibil să creezi o stare de pisică Schrödinger la o temperatură mai puțin glacială, cercetătorii deschid calea către noi dispozitive cuantice care să funcționeze în condiții mai flexibile. Acest lucru ar putea accelera apariția calculatoarelor cuantice comerciale sau a senzorilor cuantici ultra-preciși în viața de zi cu zi.
Și cine știe? Poate că, mâine, pisicile lui Schrödinger vor ieși din cutie și vor toarce în condiții mai puțin extreme. Ceea ce părea până acum rezervat experimentelor delicate și ezoterice devine treptat tangibil, realist și plin de promisiuni.
Poll: Care este cea mai fascinantă parte a descoperirii recente despre pisica Schrödinger?
Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România
