Vetenskapens mest kända katt är Schrödingers katt, det kvantmekaniska däggdjuret, som kan existera i en superposition, en stat som lever såväl som död. I det ögonblick du tittar på det, ett av båda alternativen väljs. Fysiker från Leiden University simulerade ett experiment för att fånga detta mystiska ögonblick av val på röd hand.

Inom kvantmekanik, fysiken i de minsta bitarna av materia, detta val av ögonblick kallas vågens kollaps. I journalen Fysikstatus Solidi B , Tom van der Reep, Tjerk Oosterkamp och andra fysiker vid Leiden University och Genève University beskriver hur de hoppas fånga detta mystiska ögonblick med hjälp av en kvantmekanisk installation med fotoner av mikrovågor i rollerna som den döda och levande katten.

"Superpositioner är ganska vanliga inom kvantmekanik, "säger Oosterkamp, 'men i den makroskopiska värld vi lever i, du ser dem aldrig. "En katt är antingen levande eller död, inte båda. Enligt den allmänt accepterade Köpenhamnstolkningen av kvantmekanik, detta beror på att superpositionen försvinner så snart man gör en mätning på fotonen (eller katten).

Kollaps av vågfunktionen

Oosterkamp tillägger:"Men ingenstans i denna tolkning av Köpenhamn, det förklaras hur detta skulle fungera. Vad är egentligen "en mätning"? Varje mätapparat kommer att bestå av atomer som följer kvantmekanikens lagar, så vad skiljer mätprocessen åt? Är det storleken på mätapparaten? Dess massa? Något annat? Ingen vet. Det finns till och med tolkningar där en mätning endast sker när den görs av en medveten observatör, eller där universum skulle dela upp sig i flera varianter.

Leidens fysiker bestämde sig för att öppna jakten på kollapsen ur perspektivet på en förstärkare som är så enkel som möjligt. De börjar med fotoner av mikrovågor, en form av ljus, i en superposition. I deras upplägg, fotonerna tar en väg A såväl som väg B.

Denna superposition kan detekteras genom att slå samman rutter A och B igen. Partiklarna kommer att störa sig själva, vilket innebär att de bara kommer att detekteras i en av två utgångsriktningar. När det inte finns någon superposition, och därför ingen störning, partiklarna kommer ut i båda riktningarna. Än så länge, detta är standard kvantmekanisk biljettpris, bevisat i många experiment.

Låga temperaturer

Nästa steg är att införa en mätning. "I varje mätning i ett kvantmekaniskt system, det finns ett element av förstärkning, "säger Oosterkamp, 'eftersom du översätter en liten signal till en större. Så kanske utgör detta förstärkningssteg orsaken till att vågfunktionen kollapsar. "

Så fysikerna placerar en så kallad parametrisk förstärkare i väg A och B i deras uppställning. Detta är en typ av förstärkare som kan beskrivas väl kvantmekaniskt, som bygger på ett stort antal supraledande Josephson -korsningar.

För detta, en ultrakall temperatur på 50 millikelvin behövs, en tjugonde av graden Celsius över den absoluta nolltemperaturen på -273, 15 grader Celsius. Sådana låga temperaturer behövs också för att säkerställa att störningen inte bara orsakas av värmen i installationen.

Rödhänt

Tanken är att långsamt öka förstärkningen, och se vad som händer med störningen. I deras artikel, fysikerna beskriver hur kollapsen av vågfunktionen skulle orsaka en "mätbar minskning" av störningen. Så installationen är ett sätt att få kollapsen red-handed.

"Om vi ​​lyckas med det, det vore fantastiskt, "säger Oosterkamp." Naturligtvis, då skulle du vilja justera parametrarna för att se vilka förändringar som kommer att påverka kollapsögonblicket. Men i det här stycket, vi visar att det går att göra. "

Kvantdatorer

Tidningen var en beräkningsövning, installationen byggs nu. Oosterkamps grupp har rätt kylmaskiner för att utföra experimenten, men det kommer att bli ett jäkla jobb att utveckla de nödvändiga parametriska förstärkarna som kopplar ihop en hög förstärkning med mycket låg värmeproduktion.

Experimentet är ett samarbete med kollegan Alessandro Bruno, som startade företaget QuantWare, som producerar dessa förstärkare för framtida kvantdatorer. "Förhoppningsvis, test kommer att visa att förstärkarna förblir tillräckligt kalla, "säger Oosterkamp." Sedan, vi kan verkligen hoppas på att genomföra dessa experiment. "