Siellä voi olla tapa liipaista huippu Schrödingerin kissaan - kuuluisaan kissanpohjaiseen ajattelukokeeseen, joka kuvaa subatomisten hiukkasten salaperäistä käyttäytymistä - tappamatta lopullisesti (hypoteettista) eläintä.
Epäonninen, kuvitteellinen kissa on samanaikaisesti elossa ja kuollut laatikon sisällä, tai se esiintyy "kuolleiden" ja "elävien" tilojen superpositiossa, samoin kuin subatomiset hiukkaset esiintyvät monien tilojen superpositiossa kerralla. Mutta laatikon sisälle katsominen muuttaa kissan tilaa, josta tulee joko elävä tai kuollut.
Nyt kuitenkin 1. lokakuuta New Journal of Physics -lehdessä julkaistu tutkimus kuvaa tapaa kurkistaa potkua pakottamatta sitä elämään tai kuolemaan. Näin tehdessään se edistää tutkijoiden ymmärtämistä yhdestä fysiikan perusteellisimmista paradokseista.
Tavallisessa, laaja-alaisessa maailmassa esineen katsominen ei näytä muuttavan sitä. Mutta zoomata tarpeeksi, ja niin ei ole.
"Mielestämme normaalisti hinta, jonka maksamme etsimisestä, ei ole mitään", sanoi tutkimuksen pääkirjailija Holger F. Hofmann, fysiikan apulaisprofessori Hiroshiman yliopistossa Japanissa. "Se ei ole totta. Jotta näyttää, sinulla on oltava valoa, ja valo muuttaa esineen." Tämä johtuu siitä, että jopa yksi valon fotoni siirtää energiaa pois katseltavalta esineeltä tai siihen.
Hofmann ja Kartik Patekar, jotka olivat tuolloin vierailevana opiskelijana Hiroshiman yliopistossa ja ovat nyt Intian teknillisessä instituutissa Bombayssa, pohtivat, onko olemassa tapa katsoa maksamatta "hintaa". He laskeutuivat matemaattiseen kehykseen, joka erottaa alkuperäisen vuorovaikutuksen (katsot kissan) lukemasta (tietäen onko se elossa vai kuollut).
"Tärkein motivaatiomme oli tarkastella tarkkaan tapaa, jolla kvantimittaus tapahtuu", Hofmann sanoi. "Ja tärkeintä on, että erotamme mittauksen kahdessa vaiheessa."
Näin toimimalla Hoffman ja Patekar pystyvät olettamaan, että kaikki alkuperäiseen vuorovaikutukseen osallistuvat fotonit tai kurkistavat kissan kanssa, menetetään menettämättä mitään tietoa kissan tilasta. Joten ennen lukemista kaikki mitä on tiedettävä kissan tilasta (ja siitä, kuinka se katsoi ja muutti sitä) on edelleen käytettävissä. Vasta kun luemme tiedot, menetämme osan niistä.
"Mielenkiintoista on, että lukemisprosessi valitsee yhden kahdesta tietotyypistä ja poistaa toisen kokonaan", Hofmann sanoi.
Näin he kuvasivat työtään Schrödingerin kissan suhteen. Sano, että kissa on edelleen laatikossa, mutta sen sijaan, että katsoisit sisälle selvittääksesi, onko kissa elossa vai kuollut, asentait laatikon ulkopuolelle kameran, joka voi jotenkin ottaa kuvan sen sisällä (ajatuskokeen vuoksi, jättää huomiotta tosiasia, että fyysiset kamerat eivät todellakaan toimi näin). Kun kuva on otettu, kameralla on kahdentyyppistä tietoa: kuinka kissa muuttui kuvan ottamisen seurauksena (mitä tutkijat kutsuvat kvantti-tunnisteeksi) ja onko kissa elossa vai kuollut vuorovaikutuksen jälkeen. Mikään näistä tiedoista ei ole vielä menetetty. Ja riippuen siitä, miten päätät "kehittää" kuvaa, haet yhden tai toisen tiedon.
Ajattele kolikon kääntöä, Hofmann kertoi Live Sciencelle. Voit valita joko tietää, onko kolikko käännetty vai onko se tällä hetkellä pää tai pyrstö. Mutta et voi tietää molempia. Lisäksi, jos tiedät kuinka kvanttijärjestelmä muutettiin, ja jos muutos on palautuva, niin on mahdollista palauttaa sen alkuperäinen tila. (Jos kyseessä on kolikko, käännät sen takaisin.)
"Järjestelmä täytyy aina ensin häiritä, mutta joskus voit peruuttaa sen", Hofmann sanoi. Kissan suhteen se tarkoittaisi kuvan ottamista, sen sijaan, että kehittaisit sen näkemään kissan selkeästi, kehitämällä sitä siten, että kissan palautetaan takaisin kuolleeseen ja elossa olevaan vartaloonsa.
Tärkeää on, että lukeman valintaan liittyy kompromissi mittauksen tarkkuuden ja sen häiriön välillä, jotka ovat täsmälleen yhtä suuret, paperi osoittaa. Resoluutio viittaa siihen, kuinka paljon tietoa uutetaan kvanttijärjestelmästä, ja häiriö tarkoittaa sitä, kuinka paljon järjestelmää muutetaan peruuttamattomasti. Toisin sanoen, mitä enemmän tiedät kissan nykytilasta, sitä enemmän olet muuttanut sitä peruuttamattomasti.
"Pidän yllättävänä sitä, että kyky purkaa häiriö liittyy suoraan siihen, kuinka paljon tietoa saat havaittavasta", tai fyysiseen määrään, jota he mittaavat, Hofmann sanoi. "Matematiikka on täällä melko tarkkaa."
Vaikka aiemmat työt ovat viitanneet kompromissiin kvanttimittauksen erottelukyvyn ja häiriöiden välillä, tämä artikkeli määrittelee ensin tarkan suhteen, Australian kansallisen yliopiston teoreettinen fyysikko Michael Hall kertoi Live Science: lle sähköpostissa.
"Sikäli kuin tiedän, millään aikaisemmalla tuloksella ei ole tarkkaa tasa-arvoon liittyvää ratkaisua ja häiriötä", sanoi Hall, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. "Tämä tekee asiakirjassa esitetystä lähestymistavasta erittäin siistisen."
