Splątane koty

W numerze styczniowym rosyjskiej Prirody znalazł się opis niezmiernie ciekawego eksperymentu z zakresu mechaniki kwantowej. Doświadczenie, finansowane w pełni przez rosyjski rząd, przeprowadzone zostało w Zjednoczonym Ośrodku Badań Jądrowych w Dubnej w ostatnim kwartale zeszłego roku - i przez wielu uznawane jest za jedno z najistotniejszych osiągnięć rosyjskiej nauki od czasu umieszczenia na orbicie okołoziemskiej stacji kosmicznej Mir.

Wielu widzi w tym eksperymencie również przejaw odradzania się rosyjskiego potencjału badawczego, podupadłego bardzo poważnie w czasie pierestrojki. Pomysłodawcą, jak i opiekunem całego przedsięwzięcia jest profesor Walery Scubancew, genialny młody (bo dopiero trzydziestoośmioletni) rosyjski fizyk relatywista, o którym autor artykułu wypowiada się w samych superlatywach i wróży mu karierę na miarę najznakomitszych geniuszy nauki.

Punktem wyjścia do zupełnie teoretycznych z początku rozważań Scubancewa był eksperyment myślowy zaproponowany już przeszło siedemdziesiąt lat temu przez Erwina Schrodingera. Chodzi oczywiście o jeden z poważniejszych problemów poznania naukowego, dyskutowany już setki razy i przy najrozmaitszych okazjach słynny paradoks kota Schrodingera.

Otóż profesor Scubancew skonstatował, że skoro do kota zamkniętego w pudle stosują się pewne założenia mechaniki kwantowej, to nie ma żadnych absolutnie powodów, by nie stosowały się doń wszystkie teorie i przewidywania tyczące tego zagadnienia - co więcej, Scubancew zasugerował, że powinny obowiązywać tutaj również rozmaite teorie pokrewne. Tym sposobem rosyjscy naukowcy postanowili do kwantowego kota zastosować efekt EPR (Einstein-Podolsky-Rosen), czyli poddać koty zjawisku splątania. Efekt EPR polega na tym, że gdy dwie cząstki są w stanie kwantowego splątania, zmiana stanu jednej z nich natychmiast odmienia stan drugiej - i ważne tutaj jest to "natychmiast", gdyż efekt zachodzi niezależnie od odległości między takimi cząstkami, nie ma więc ograniczenia na maksymalną szybkość, jaką, dla wszystkich innych procesów, jest prędkość światła w próżni.

Oryginalny eksperyment myślowy Schrodingera zmodyfikowano, gdyż kot martwy czy też tylko potencjalnie martwy nie bardzo byłby przydatny do rozmaitych późniejszych zastosowań. Tak więc zamiast trucizny, która by kota uśmierciła, wyzwalany rozpadem promieniotwórczej cząstki automat serwował kotu kieliszek czerwonego wina - toteż stan kota w rosyjskim eksperymencie był superpozycją nie kota żywego i martwego, lecz kota trzeźwego i podpitego. Do splątania potrzebna jest oczywiście para kwantowych kotów, toteż eksperyment przeprowadzono w sposób następujący. Trzy specjalnie przygotowane pojemniki połączono ze sobą w taki sposób, że w pojemnikach bocznych znajdowały się koty oraz automaty serwujące wino, zaś pojemnik znajdujący się w środku miał służyć za miejsce "właściwego" eksperymentu, czyli w nim właśnie miało dojść do splątania zwierząt. Przejścia z pojemników bocznych do środkowego zamykane były przy pomocy specjalnej zasuwy.

Na pierwszym etapie eksperymentu koty, Borysa i Wladia, umieszczono w osobnych komorach i podłączono automaty serwujące wino. Przejście do komory środkowej było oczywiście zamknięte. Po sześciu godzinach, kiedy już nikt nie mógł być pewien stanu żadnego z kotów, a więc kiedy ich stan można było określić tylko przy pomocy odpowiedniej funkcji falowej, otwarto przejście do komory środkowej (oczywiście uczyniono to zdalnie, z zachowaniem wszelkich środków ostrożności, dzięki czemu udało się uniknąć przypadkowej dekoherencji kotów).

Środkowa komora była pusta, tylko na podłodze leżał spory kłębek wełny, a z głośniczka ukrytego w ścianie dobiegały rozmaite szmery, których zadaniem było zwabienie kotów. Co dokładnie robiły koty w tym konkretnym przypadku, tego nie wiadomo, gdyż w celu uniknięcia niekontrolowanego zewnętrznego wpływu, który mógłby się przyczynić do redukcji funkcji falowej któregoś z kotów, zrezygnowano z jakiegokolwiek monitorowania środkowego pomieszczenia. Jednak na podstawie wcześniejszego eksperymentu próbnego można przypuszczać, że koty niezależnie od "kwantowego" stanu spowodowanego wypiciem lub nie czerwonego wina, zaczęły w końcu zabawę z kłębkiem wełny, biegając przy tym, fikając koziołki, a pewnie i przewracając się wzajemnie. A jako że nie były to koty w stanie ustalonym, lecz superpozycje kotów podpitych i trzeźwych, czyli koty z rozszczepionymi funkcjami falowymi, to w skutek tego koziołkowania i biegania funkcje falowe kotów się między sobą najpierw zapętliły, a w końcu splątały na dobre. Tym sposobem doszło do splątania kwantowych kotów.

Zwierzęta zmęczyły się w końcu, a być może także poczuły pragnienie, więc wkrótce każde z nich wróciło do swojej komory. W pojemnikach zainstalowane były czujniki podczerwieni, które zasygnalizowały naukowcom, że pora ponownie zamknąć zasuwy i oddzielić splątane już koty (czujniki te nie miały oczywiście żadnego wpływu na ewentualną dekoherencję zwierząt, gdyż stan kotów nie był superpozycją obecnego i nieobecnego, lecz trzeźwego i podpitego - a pod tym względem czujniki nie miały nic do powiedzenia).

Pojemniki z kotami oddzielono od siebie, jeden pozostawiono w Dubnej, zaś drugi przewieziono do Moskwy. I teraz rozpoczął się ostatni etap doświadczenia, którego zadaniem było sprawdzenie, czy koty zostały rzeczywiście splątane. Zanim eksperyment rozpoczęto, Borys i Wladio przeszli kurs warunkowania klasycznego, w którym nauczono ich naciskania jednej z dwóch dźwigni w odpowiedzi na pewne bodźce dźwiękowe. (Scubancew nalegał co prawda, aby zastosować tu nieco nowocześniejszą metodę, a mianowicie zasugerował przeprowadzenie eksperymentu z zakresu kwantowej teorii świadomości. Powoływał się przy tym na pracę tajwańskiego naukowca You Pen-Rusa, który w opublikowanym w zeszłym roku artykule (You Pen-Rus: The new fur of the Cat; New Scientist nr. 7/2005) opisał dość dokładnie warunki brzegowe kwantowego uczenia się jako tunelowanie przez potencjał intelektualny w pięciowymiarowej przestrzeni anty-de Sittera. Jednakże ze względu, iż teoria ta dopiero raczkuje, a rosyjskim decydentom zależało na czasie, zdecydowano się na bardziej konwencjonalne metody). W każdym z kocich pomieszczeń zainstalowano więc specjalne urządzenie zawierające głośnik i dwie dźwignie. I gdy kotu w Moskwie zaczęto nadawać sygnały dźwiękowe, kot w Dubnej zaczął naciskać na dźwignie - tak więc eksperyment zakończył się pełnym sukcesem.

Obszar zastosowań splątanych kotów jest oczywiście bardzo szeroki. Na razie na drodze do upowszechnienia się tej metody będą stały przede wszystkim wysokie koszty. Jak bowiem wiadomo, układ będący w superpozycji stanów jest bardzo podatny na najdrobniejsze nawet zaburzenia, które natychmiast prowadzą do jego dekoherencji, czyli do redukcji funkcji falowej - z tego powodu komory dla kotów muszą mieć bardzo wyrafinowaną budowę (szczegóły utrzymywane są w tajemnicy). Obecnie koszt splątania dwóch kotów szacuje się na prawie pół miliona dolarów. Tak więc na razie technologia ta stosowana będzie przede wszystkim w dziedzinach, w których koszty nie mają znaczenia - a więc zwłaszcza w zastosowaniach militarnych. Mówi się już o zainstalowaniu splątanych kotów na rosyjskich łodziach podwodnych z napędem atomowym, a to w celu zapewnienia stałej i niezawodnej łączności miedzy tymi jednostkami a centrum dowodzenia.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz