Výzkumníci z curyšského Federálního technologického institutu ETH vytvořili dosud nejhmotnější objekt uvedený do stavu superpozice. Jejich „Schrödingerova kočka“ není žádný Garfield, ale krystal o hmotnosti 16 mikrogramů, což se dá přirovnat k zrnku písku. Tento krystal fungující jako oscilátor, přiměli fyzici vstoupit do stavu kvantové superpozice mezi dvěma oscilačními stavy.

Svůj experiment popisují vědci v časopisu Science.

Kočka živá i mrtvá

Ikonický fyzikální příklad s kočkou, která je živá i mrtvá zároveň, vymyslel v roce 1935 rakouský fyzik Erwin Schrödinger.

Stručně se dá popsat takto: Kočka je umístěna v neprůhledné krabici, která obsahuje i radioaktivní prvek, Geigerův počítač, což je detektor ionizačního záření, a ampulku s jedovatým plynem.

Když detektor odhalí rozpad radioaktivního prvku, rozbije ampulku, která otráví kočku. Než krabici otevřeme, je kočka živá i mrtvá zároveň – její bytí a nebytí je ovlivněno radioaktivním prvkem, pro který platí selským rozumem stěží pochopitelná pravidla kvantové fyziky.

Schrödingerova kočka slouží jako populární příklad fungování kvantové fyziky. V kvantové fyzice nejsou vlastnosti částic jasné, dokud částice nevystavíme pozorování, podobně jako kočku v krabici s plynem. Proto může být nějaká částice „živá“ či „mrtvá“ až do okamžiku, než ji změříme.

Stav do okamžiku pozorování, kdy má částice všechny možné stavy, se přitom nazývá superpozicí. Využívají ji kvantové počítače. A milovníci Star Treku si mohou vzpomenout na transfázové torpédo, vyvinuté v roce 2380. Hlavice torpéda vysílá pulz v superpozici mnohonásobných fázových stavů, a tak dokáže překonat štíty Borgů.

V našem makrosvětě se kočky (ani jiné objekty) nechovají tak jako částice kvantového mikrosvěta. Kde přesně vede mezi oběma světy hranice, není jasné. A existuje vůbec nějaká taková hranice?

V minulosti se podařilo do kvantových stavů uvést i větší atomy nebo dokonce celé molekuly.

A provést se to dá také s překvapivě těžkými objekty, což ilustruje zmíněný experiment v prestižní švýcarské instituci.

Co je ještě možné?

Výzkumníci z Federálního technologického institutu nahradili kočku ze Schrödingerova myšlenkového experimentu krystalem o hmotnosti 16,2 mikrogramu. Tento krystal sloužil jako mechanický rezonátor. Roli radioaktivního prvku, Geigerova počítače a jedu zastal transmon, supravodivý obvod, který při pokusu sloužil jako zdroj energie, senzor a superpozice.

Během experimentu pak krystal v „kočičím stavu“ osciloval ve dvou směrech zároveň. Jako Schrödingerova kočka – současně živá i mrtvá.

Švýcarský pokus zatím nemá žádné uplatnění. Posouvá však hranici toho, co je možné. Naznačuje, že hranice mezi světem kvantových jevů a našim makrosvětem nemusí mít ostře vymezenou linií.

Zatím se podařilo dostat do superpozice 16 miliontin gramu. Dokážeme to jednou s celým gramem, kilogramem, nebo rovnou s celou kočkou?

Vedoucí autorka studie, fyzička I-wen Čchuová chce hranice svých „krystalových koček“ ještě posunout. „Takové experimenty nám umožní lépe pochopit důvod mizení kvantových efektů v makroskopickém světě skutečných koček," cituje Čchuovou magazín ETH.