レーザーパルスがルビジウム原子で跳ね返り、量子の世界に入った-「シュレディンガーの猫」の奇妙な物理学に挑む。その後、別の人が同じことをしました。次に別の。
レーザーパルスはひげや足を成長させませんでした。しかし、彼らは有名な量子物理学の思考実験であるシュレーディンガーの猫のように重要な意味を持ちました。それらは、2つの同時の矛盾する状態の間の縁に存在する亜原子物理学の同時に死んで生きている生物のように振る舞う大きなオブジェクトでした。そして、彼らが生まれたフィンランドの研究室には、どれだけの数を作れるかという制限はありませんでした。脈々と脈が量子世界の生き物に変わった。そして、それらの「量子猫」は、実験装置内にほんの一瞬しか存在しなかったものの、不滅の可能性を秘めていました。
「私たちの実験では、検出器はすぐに検出器に送られたため、作成直後に破壊されました」と実験に取り組んだドイツのマックスプランク量子光学研究所の研究者、バスティアンハッカーは言った。
しかし、それはそうである必要はなかった、とハッカーはライブサイエンスに語った。
「光学状態は永遠に存続することができます。したがって、もし私たちがパルスを夜空に送り出せば、その状態で何十億年も存続することができます。
その寿命は、これらのパルスを非常に有用にするものの一部であると彼は付け加えた。長寿命のレーザー猫は、光ファイバーを介した長期の移動に耐えることができるため、量子コンピューターのネットワークにとって情報の優れた単位になります。
量子猫、死んで生きている
では、シュレディンガーの猫のようにレーザーパルスを作るとはどういう意味でしょうか？まず、猫はペットではなかった。物理学者のアーウィンシュレーディンガーが1935年に提案したのは、彼と彼の同僚が発見していただけの量子物理学の不合理さを指摘する思考実験でした。
方法は次のとおりです。量子物理学では、特定の条件下では、粒子は同時に2つの矛盾する特性を持つことができます。粒子のスピン（マクロスケールで見られるスピンのように見えない量子測定）は、「上」であると同時に「下」である可能性があります。スピンが測定された場合にのみ、粒子は何らかの方法で崩壊します。
物理学者はこの振る舞いについていくつかの解釈を持っていますが、最も一般的な（コペンハーゲン解釈と呼ばれます）は、粒子は実際に観測される前にスピンアップまたはスピンダウンしないと言います。それまでは、国家間の一種の漠然とした地獄の世界にあり、外部の観察者によって強制されたときにのみどちらか一方を決定します。
シュレーディンガーは、これが奇妙な意味合いを持っていることに気づきました。
彼は猫、原子、毒ガスの密封されたガラス瓶が入っている不透明な鋼鉄の箱を想像した。原子が崩壊した場合（可能性はありますが、量子力学により確実ではありません）、ボックス内のメカニズムがガラスを粉砕し、猫を殺します。原子が崩壊しなければ、猫は生きていただろう。シュレーディンガー氏は、猫を箱に1時間置いておくと、猫は生と死の「重ね合わせ」になると述べた。
彼が示唆していたその問題は、それがまったく意味をなさないことです。
それでも、シュレーディンガーの猫は、古典的な物理学の法則に従うものの、完全に1つの特性も完全に別の特性も持たないように量子オブジェクトと相互作用するマクロスケールのものの一種の便利な短縮形になっています。
ジャーナルNature Photonicsで1月14日に公開された論文に記載されている新しい実験では、研究者は2つの可能な量子状態の間にあるレーザーパルスを作成しました。彼らは小さなパルスを「空飛ぶ光猫の状態」と呼んだ。
それらを作るために、彼らはまずルビジウム原子を幅わずか0.02インチ（0.5ミリメートル）の2つの鏡の間の空洞（塩の粒の幅程度）に閉じ込めました。アトムは、2つの「基底」状態または1つの「励起」状態の3つの状態のいずれかになります。光が空洞に入ると、原子と絡み合い、その状態は基本的に原子の状態にリンクされていました。
次に、光パルスが光検出器に当たったとき、それは中間にあることの明らかな兆候があり、ある種の原子または別の種類の原子と絡み合ったように完全には機能していませんでした。光で作った空飛ぶ猫です。
その中間は光波の位置と関係があったとハッカーは言った。原子をちらりと見た後、光は波として空間を移動し続けました：丘と谷、丘と谷。
しかし、光の波が丘の頂上に到達していたのか、それとも谷に降りてきているのかは不明である、とハッカー氏はライブサイエンスに語った。
光はそれを構成する少なくとも2つの異なる波を持っているかのように振る舞い、それぞれがもう一方の鏡像です。
（実際には、光はさらに多くの可能な形状を持つことができます：その波は常に、「丘」の上部と「谷」の下部の間のすべての点を占有する可能性が常にありました。しかし、2つの鏡像の波がおそらく2つの不確実な状態です。）
研究者たちは、移動中の猫をある場所から別の場所に送るこの機能は、量子ネットワークに役立つ可能性があると語った。これは、量子ネットワークが電気ではなく、量子コンピュータ間で光を送受信することに依存しているためだとハッカー氏は言う。
「送信するのが最も簡単なのは単一光子ですが、それらが失われると、運ばれていた情報は失われます」と彼は言った。 「猫の状態は、光学的損失を検出してそれを修正できるように量子情報をエンコードできます。すべての光学的伝送には損失がありますが、情報は完全に送信できます。」
とはいえ、まだやるべきことは残っています。研究者たちは猫を「決定論的に」作成することができました。つまり、実験を行うたびに猫が現れたのですが、猫は常に受光器への短い旅行を生き延びたわけではありませんでした。光学素子は扱いが難しく、そこに到達する前に光がウィンクアウトすることがあります。
また、合理的な人は、これらの光パルスが本当にシュレーディンガーの猫としてカウントされるかどうか疑問に思うかもしれません。それらは確かに古典的なオブジェクトです-つまり、大規模オブジェクトの決定論的法則に従うことを意味します-しかし、研究者たちはこの論文で、わずか4光子のスケールでは、レーザーが巨視的および量子スケールの端にあることを認めました。そして、それらは最も広い定義の下でのみ巨視的であると言えるでしょう。
「確かに、いくつかの光子は現実世界の巨視的な物体に近いものではない」とハッカー氏は語った。 「私たちが使用したようなコヒーレント光パルスのポイントは、振幅が基本的な制限なしに継続的に拡大できることです。」
言い換えれば、確かに、これらはいくつかの小さな猫です。しかし、同じ基本的なアイデアを使用して巨大なシュレディンガー猫を作ることができなかった理由はありません。
しかし、研究者たちはこの用語の使用に最終的に自信を持っており、「光学的飛行猫の状態」にはそれとの関連があります。
