FoodPro Preloader

Å bringe Schrödinger katt til liv


Redaktørens notat (10/9/2012): Vi gjør teksten til denne artikkelen fritt tilgjengelig i 30 dager fordi artikkelen ble sitert av Nobelkomiteen som en videre lesning i kunngjøringen av Nobelprisen i fysikk i 2012. Hele artikkelen med bilder, som opprinnelig ble vist i juni 1997-utgaven, er tilgjengelig for kjøp her. &q

Redaktørens notat (10/9/2012): Vi gjør teksten til denne artikkelen fritt tilgjengelig i 30 dager fordi artikkelen ble sitert av Nobelkomiteen som en videre lesning i kunngjøringen av Nobelprisen i fysikk i 2012. Hele artikkelen med bilder, som opprinnelig ble vist i juni 1997-utgaven, er tilgjengelig for kjøp her.

"Jeg beklager at jeg noen gang har hatt noe å gjøre med kvantteori, " sa Erwin Schrödinger klagende til en kollega. Den østerrikske fysikeren beklaget ikke skjebnen til hans nå kjente katt, som han figurativt plasserte i en boks med et hetteglass i 1935. Han reagerte snarere på de merkelige implikasjonene av kvantemekanikk, vitenskapen bak elektroner, atomer, fotoner og andre ting submicroscopic. Med sin feline forsøkte Schrödinger å illustrere problemet: Ifølge kvantemekanikk, hopper partikler fra punkt til punkt, opptar flere steder på en gang og ser ut til å kommunisere raskere enn lysets hastighet. Så hvorfor gjør ikke katter eller baseballs eller planeter eller mennesker, for det saks skyld, de samme tingene? Tross alt er de laget av atomer. I stedet adlyder de de forutsigbare, klassiske lovene kvantifisert av Isaac Newton. Når gir kvanteverdenen vei til hverdagenes fysikk? "Det er en av de $ 64.000 spørsmålene, " slår David Pritchard fra Massachusetts Institute of Technology.

Pritchard og andre eksperimentister har begynt å se på grensen mellom kvante og klassiske riker. Ved å kjøle partikler med laserstråler eller ved å flytte dem gjennom spesielle hulrom, har fysikere i det siste året skapt småskala Schrödinger katter. Disse "kattene" var individuelle elektroner og atomer laget for å ligge på to steder samtidig, og elektromagnetiske felter gledet seg til å vibrere på to forskjellige måter samtidig. Ikke bare viser de hvor lett det rare gir vei til den kjente, men på dramatisk måte illustrerer de en barriere for kvantemåling - en teknologi, fremfor alt spekulativ, at noen forskere håper kunne løse problemer som nå er umulig vanskelig.

Mystikken om den kvantum-klassiske overgangen stammer fra en avgjørende kvalitet av kvantepartikler, de kan undulere og reise som bølger (og omvendt: lys kan sprette rundt som en partikkel kalt en foton). Som sådan kan de beskrives ved hjelp av en bølgefunksjon, som Schrödinger utarbeidet i 1926. En slags quantum Social Security-nummer inneholder bølgefunksjonen alt som er å vite om en partikkel, oppsummering av rekkevidden av alle mulige posisjoner og bevegelser.

En bølgefunksjon indikerer at en partikkel ligger i alle disse mulighetene samtidig. Uansett, en observasjon avslører bare en av disse statene. Hvor eller til og med hvorfor et bestemt resultat dukker opp etter en måling, er poenget med Schrödinger tankeeksperiment: I tillegg til katten og giften går et radioaktivt atom inn i esken. Innen en time har atomet en jevn sjanse til å forfalle; forfallet ville utløse en hammer som smashes åpne hetteglasset av antifelin serum.

Måleproblemet

Ifølge kvantemekanikken forblir det uobserverte radioaktive atom i en morsom tilstand for å bli forfallet og ikke forfallet. Denne tilstanden, kalt en superposisjon, er noe kvanteobjekter angir ganske enkelt. Elektroner kan okkupere flere energinivåer, eller orbitaler samtidig; en enkeltfoton, etter å ha passert gjennom en strålesplitter, ser ut til å krysse to baner samtidig. Partikler i en veldefinert overstilling sies å være sammenhengende.

Men hva skjer når kvanteobjekter kobles til en makroskopisk, som en katt? Utvide kvantumlogikken, katten bør også forbli i en sammenhengende superposisjon av stater og være død og levende samtidig. Tydeligvis er dette åpenbart absurd: våre sanser forteller oss at katter er enten døde eller levende, ikke begge eller heller ikke. I prosaiske termer er katten virkelig en måleenhet, som en Geiger-teller eller et voltmeter. Spørsmålet er da, Skal ikke måleenheter angi samme ubestemte tilstand at kvantpartiklene de er konstruert for å oppdage, gjør?

For den danske fysikeren Niels Bohr, en grunnlegger av kvantteori (og til hvem Schrödingers angrende kommentar ble rettet), var svaret at målinger må gjøres med et klassisk apparat. I det som kom til å bli kalt standarden, eller København, tolkning av kvantemekanikk, sa Bohr at makroskopiske detektorer aldri oppnår en uklar superposisjon, men han forklarte ikke nøyaktig hvorfor ikke. "Han ønsket å mandat" klassisk "for hånd, " sier Wojciech Zurek fra Los Alamos National Laboratory. "Målinger ble ganske enkelt." Bohr innså også at grensen mellom klassisk og kvantum kan skifte avhengig av hvordan eksperimentet er ordnet. Videre er størrelsen ikke nødvendigvis viktig: superposisjoner kan fortsette på skalaer som er mye større enn atomene.

I november 1995 krystalliserte Pritchard og hans MIT-kolleger feilen i måling. Teamet sendte en smal strøm av natriumatomer gjennom et interferometer, en enhet som gir en partikkel to stier å reise. Banene som rekombineres, og hvert atom, som virker som en bølge, "forstyrres" med seg selv, produserer et mønster av lys og mørke frynser på en observasjonsskjerm (identisk med det som er sett når en laser skinner gjennom to slisser). Standardformuleringen av kvantemekanikk sier at atomet tok begge banene samtidig, slik at atomets hele bevegelse fra kilde til skjerm var en superposisjon av et atom som beveget seg gjennom to baner.

Teamet regisserte deretter en laser på en av stiene. Denne prosessen ødela interferensfransene, fordi en laserfoton spredning av atomet ville indikere hvilken bane atomen tok. (Kvantumregler forbyr "hvilken vei" informasjon og forstyrrelser fra sameksisterende.)

På overflaten synes denne spredning å utgjøre en måling som ødelegger sammenhengen. Likevel viste teamet at sammenhengen kunne bli "gjenopprettet" - det vil si at interferensmønsteret ble gjenopprettet - ved å endre separasjonen mellom stiene til noen kvartall av laserfotonets bølgelengde. På disse fraksjonene var det ikke mulig å fortelle hvilken vei fotonen spredte seg. "Sammenheng er ikke virkelig tapt, " forteller Pritchard. "Atomet ble innblandet med et større system." Det vil si at atomets kvante tilstand ble koblet til måleapparatet, som i dette tilfellet var fotonen.

Som mange tidligere eksperimenter, forsterker Pritchards arbeid, som er en realisering av et forslag laget av sent Richard Feynman for mange år siden, de mysterier som ligger bak kvantefysikken, i stedet for å løse dem. Det demonstrerer at måleapparatet kan ha en tvetydig definisjon. Når det gjelder Schrödinger katt, er det måling løftet på lokket? Eller når lys når øyet og blir behandlet av sinnet? Eller utslipp av statisk fra kattens pels?

En nylig skifer av Schrödinger katteksperimenter har begynt å ta opp disse spørsmålene. Ikke alle fysikere er enige om at de ser på bona fide kvantkatter - "kattunge" er begrepet ofte brukt, avhengig av ønsket nivå av cuteness. Under alle omstendigheter viser forsøkene at den kvantum-klassiske overgangen - noen ganger kalt sammenbrudd av bølgefunksjonen eller reduksjonen av tilstandsvektoren - endelig har begynt å bevege seg ut fra rike av tankeeksperimenter og til realverdenstudie.

Her, Kitty, Kitty

I 1991 eksperimenterte Carlos Stroud og John Yeazell fra University of Rochester med det som heter Rydberg-atomer, etter den svenske spektroskopisten Johannes Rydberg, oppdageren av bindingsenergi-forholdet mellom en elektron og en kjernekraft. Normalt kredser elektroner kjernen i en avstand på mindre enn et nanometer; i Rydberg-atomene har det ytre elektronens bane svømt flere tusen ganger. Denne oppblåsthet kan oppnås med korte burst av laserlys, som effektivt legger elektronen i mange ytre orbitaler samtidig. Fysisk manifesterer superposisjonen av energinivåene seg som en "bølgepakke" som sirkler kjernen på en atomisk stor avstand på omtrent en halv mikron. Pakken representerer sannsynligheten for den spennende elektronens plassering.

Mens svulmende kaliumatomer oppdaget, oppdaget Rochester-arbeiderne at etter noen omganger ville bølgekassen spre seg, bare for å komme tilbake til livet igjen som to mindre pakker på motsatte ender av sin store bane. Med sin kollega Michael W. Noel viste Stroud i september at de to pakkene utgjorde en Schrödinger kattstat - en enkelt elektron på to steder.

Et elektron er imidlertid i hovedsak et eneste punkt. Tettere til makroskopisk rike er en ion (et ladet atom), som består av mange elementære partikler. I mai 1996 opprettet Chris Monroe, David J. Wineland og deres kollegaer ved NIST i Boulder, Colo., En Schrödinger katt ut av et berylliumion. De fanget først ionen med elektromagnetiske felt, og slo det med en laserstråle som stiflede ionens termiske jitters og derved avkjølte den til innenfor en millikelvin av absolutt null. Deretter sparket forskerne to laserstråler, hver med en litt annen frekvens, ved ionet for å manipulere sin spinn, en egenkvantumfunksjon som peker enten opp eller ned. Med laserene gjorde forskerne ionet en superposisjon av spin-up og spin-down-tilstander.

Så mye for forberedelsene; neste kom den mer makroskopiske delen. Ved å manipulere tuningen av de to lasene, kunne NIST-teamet svinge spinntilstanden frem og tilbake i rommet, og spinn nedtilstanden fra og til. Et øyeblikksbilde vil vise ion i spin-up-tilstanden på en fysisk plassering og samtidig i spinn-ned-tilstanden i en annen posisjon. Statene var 80 nanometer fra hverandre store på atomskalaen. "Vi gjorde en ion okkuperer to steder som er veldig langt skilt i forhold til størrelsen på den originale ion, " sier Monroe.

I fjor tok Michel Brune, Serge Haroche, Jean-Michel Raimond og deres kollegaer på Ecole Normale Supérieure (ENS) i Paris et skritt videre. "Vi var i stand til å overvåke utvasking av kvantefunksjoner, " forklarer Haroche. For å se hvordan superposisjonen kollapset til en stat eller en annen, dunket de faktisk en kvante mus foran Schrödinger katt for å sjekke om det var levende eller dødt.

Katten var et fanget elektromagnetisk felt (en haug med mikrobølgefotoner i et hulrom). Forskerne sendte inn i hulrommet et Rydberg-atom som hadde vært opphisset i en overlegning av to forskjellige energistater. Rydberg-atomet overførte sin overliggende tilstand til det residente elektromagnetiske feltet, og satte det i en superposisjon av to forskjellige faser eller vibrasjoner. Med sine to faser lignet feltet dermed Schrödinger katt i sin merkelige superposisjon mellom liv og død.

For musen slått ENS-laget et annet Rydberg-atom inn i hulrommet. Det elektromagnetiske feltet overførte deretter informasjon om sine overliggende faser til atomet. Fysikerne sammenlignet det andre atomet med den første til å samle superposisjon informasjon om det elektromagnetiske feltet.

Mer interessant, men var lagets evne til å kontrollere viktige variabler og å bestemme hvordan sammenhengende stater blir klassiske. Ved å variere intervallet mellom de to atomer som ble sendt inn i hulrommet (fra 30 til 250 mikrosekunder), kunne de se hvordan sammenfallet i overstillingen varierte som en funksjon av tiden, og ved å forstørre det elektromagnetiske feltet (ved å sette flere fotoner i hulrommet ), kunne de se hvordan sammenbruddet endret seg med størrelse. "Dette er første gang vi kan observere den progressive utviklingen av kvantum til klassisk oppførsel, " sier Haroche.

"Dette er et fantastisk eksperiment, " Zurek entusiaster. "Å se en Schrödinger katt er alltid overraskende, men å kunne se katten tvunget til å velge mellom" død "og" levende "for å observere for første gang kvanteforskjellen går bort, er det virkelige kuppet." ENS-resultatene belyste de fleste teoretikernes tekniske forventninger. "Det som forteller meg, " Zurek bemerkninger, "er at de enkle ligningene vi har skrevet ned ser ut til å være en god tilnærming."

Å miste sammenheng

Zurek er den ledende talsmann for en teori som heter decoherence, som er basert på ideen om at miljøet ødelegger kvantekonhærens. Han formulerte det på 1980-tallet (selv om noe av det harkes tilbake til Bohr og andre kvantestiftere) og med ulike samarbeidspartnere har undersøkt konsekvensene sine siden.

Det destabiliserende miljøet refererer i det vesentlige til alt som kan bli påvirket av - og dermed utilsiktet "måle" -tilstanden til kvantesystemet: en enkelt foton, en vibrasjon av et molekyl, luftpartikler. Miljøet er ikke bare "støy" i denne teorien; det fungerer som et apparat som kontinuerlig overvåker systemet.

ENS-eksperimentet gjør denne effekten klar. "Systemet decoheres fordi systemet lekker informasjon, " Zurek notater. Noen fotoner kan unnslippe hulrommet og dermed forråde staten for de gjenværende til resten av universet. "Så på en måte har Schrödinger katt kattunger som kryper ut, " sier Zurek.

Å ha miljøet definerer den kvante-klassiske grensen fordelen av å fjerne noen av de mystiske aspektene av kvantteori som enkelte forfattere har utgitt. Den fjerner ethvert spesielt behov for bevissthet eller nye fysiske krefter for å få et klassisk utfall. Det forklarer også hvorfor størrelsen i seg selv ikke er årsak til dekoherens: store systemer, som ekte katter, vil aldri komme inn i en superposisjon fordi alle partiklene som utgjør en feline, påvirker et stort antall miljøparametere som gjør sammenhengende umulig. Gitt et 1 gram bob på en pendul og noen få fornuftige forutsetninger, faller interferensbetingelsene i systemets bølgefunksjon til ca 2, 7-1, 000 av deres opprinnelige verdi i en nanosekund - en nesten øyeblikkelig forsvinner av kvantesvikt. "Den gamle intuisjonen som går tilbake til Bohr, er på pengene, " selv om det nå er en fysisk mekanisme for å underbygge sitt mandat, konkluderer Zurek.

Likevel er Zureks decoherensmodell feil i noen øyne. "Etter min mening velger decoherence ikke et bestemt utfall, " opines Anthony J. Leggett fra University of Illinois. "I virkeligheten får du bestemte makroskopiske resultater."

Zurek hevder at miljøet faktisk dikterer kvantemulighetene som ender opp i den virkelige verden. Prosessen, som han refererer til som miljøfremkalt overvalg, eller enselection, kaster ut de urealistiske, kvantestatistene og beholder bare de tilstandene som tåler miljøets kontroll og dermed kan bli klassisk. "Valget er gjort av miljøet, slik at du ikke kan forutsi hvilken av de tillatte mulighetene som vil bli ekte, " observerer Zurek.

Forklaringen føles mindre enn tilfredsstillende. Zureks tilnærming er "veldig tiltalende. Det lar deg beregne ting, for å se hvordan interferensfransene skylles ut ettersom superposisjonen blir større, sier NISTs Monroe. "Men det er fortsatt noe morsomt om det. Han feier ting under teppet, men det er vanskelig å si hva teppe. "Problemet er at dekoherens - og faktisk noen teori om den kvantumklassiske overgangen - er nødvendigvis ad hoc. Quantum superpositions må på en eller annen måte gi resultater som samsvarer med vår virkelige virkelighet. Det fører til kretsende logikk: Resultatene som ses i den makroskopiske verden, kommer ut av kvanteverdenen fordi disse resultatene er de vi ser. En løsning av slags, forsøkt av noen fremtredende kosmologer, er den ujevnlige "mange verdener" tolkning, som innebærer at alle muligheter som er bestemt av bølgefunksjonen, faktisk skjer. De fortsetter å eksistere i parallelle universer. Ideen er imidlertid uprestabel, for de parallelle universene forblir for alltid utilgjengelige for hverandre.

Radikal Reworkings

Problemene med dekoherens og mangeverdens ideer har ført til et betydelig minoritet for å støtte en syn som heter GRW teori, ifølge Leggett. Konseptet ble fremført i 1986 av GianCarlo Ghirardi og Tullio Weber ved Universitetet i Trieste og Alberto Rimini ved Universitetet i Pavia.

I GRW-ordningen sprer bølgefunksjonen til en partikkel ut over tid. Men det er en liten sannsynlighet for at spredningsbølgen "treffer" et mystisk "noe" i bakgrunnen. Bølgefunksjonen blir plutselig lokalisert. Individuelle partikler har bare en liten sjanse for et treff, omtrent en gang hver 100 millioner år. Men for en makroskopisk katt, er sjansen for at minst en av sine 1027 partikler gjør en hit høy, minst en gang per 100 pikosekunder. Katten har aldri en sjanse til å gå inn i noen form for superposisjon. Derfor er det ikke behov for dekoherens: Den makroskopiske tilstanden til katten skyldes spontane mikroskopiske sammenbrudd.

Noen få problemer plager denne modellen. Den ene er at tidsfaktoren som utløser treff er helt vilkårlig; Forespråkere velger ganske enkelt en som gir rimelige resultater. Mer viktig er imidlertid kilden til utløseren. "Det er i utgangspunktet en slags universell bakgrunnsstøy som i seg selv ikke kan beskrives ved kvantemekanikk, forklarer Leggett. Støyen er ikke bare tilfeldige prosesser i miljøet; den har en tydelig matematisk smak. Roger Penrose fra Oxfords universitet argumenterer i sin bok Shadows of the Mind om at utløseren kan være tyngdekraften, noe som nøyaktig vil motvirke visse tekniske innvendinger.

Andre, mer radikale forslag florerer. Den mest kjente ble fremført av den sene David Bohm, som postulerte at "skjulte variabler" støtter kvantemekanikk. Disse variablene, som beskriver egenskaper som på en måte gir bølgefunksjoner som ekte krefter, ville eliminere begrepet superposisjoner og gjenopprette en deterministisk virkelighet. I likhet med ideen om mange verdener, kan Bohms teori ikke verifiseres: de skjulte variablene er per definisjon forbli, godt skjult.

Gitt slike valg, abonnerer mange arbeidende fysikere på dekoherens, noe som gjør de minste sprangene i troen, selv om det uten tvil ikke klarer å løse måleproblemet fullt ut. "Decoherence svarer på de fysiske aspektene ved spørsmålene, " sier Zurek, men kommer ikke til de metafysiske, for eksempel hvordan et bevisst sinn oppfatter et resultat. "Det er ikke klart om du har rett til å forvente svaret på alle spørsmål, i hvert fall inntil vi utvikler en bedre forståelse av hvordan hjernen og sinnet er relatert, " muser han.

Større superposisjoner kan gjøre det mulig for forskere å regne ut noen teorier - GRW og dekoherens forutsier dem på forskjellige skalaer, for eksempel. "Det vi ønsker å gjøre er å gå til mer komplekse systemer og forstyrre flere og flere partikler" enn bare de 10 fanget før, sier Haroche av ENS. Fremtidige NIST-eksperimenter er spesielt egnet til å betjene som dekoherensmonitorer, forteller Monroe. "Vi kan simulere støy for bevisst at superposisjonen skal forfalle." Leggett har foreslått å bruke sensorer laget av superledende ringer (kalt SQUIDs). Det bør være mulig å sette opp store strømmer som strømmer i motsatt retning rundt ringen samtidig.

Likevel er det en lang vei å gå. "Selv i de mest spektakulære eksperimenter, har du på det meste vist en superposisjon for kanskje 5000 partikler. Det er langt fra 1023-karakteristikken i den makroskopiske verden, sier Leggett, som fortsatt er støttende. "Min egen holdning er at man bare bør prøve å gjøre eksperimenter for å se om kvantemekanikken fortsatt fungerer."

Krympende transistorer, som nå har funksjoner mindre enn en mikron i størrelse, kan også føre til innsikt om den kvantum-klassiske overgangen. Om noen år kan de nå dimensjoner av titalls nanometer, et rike som noen ganger kalles mesoskopisk skala. Da Hsuan Feng fra Drexel University spekulerer på at kvantemekanikk kanskje ikke egentlig fører til klassisk mekanikk; heller begge beskrivelser kommer fra fortsatt uoppdagede konsepter i den fysiske verden mellom dem.

Quantum Computing

Selv om eksperimenter ennå ikke kan takle måleproblemet fullt, har de mye å bidra til et veldig varmt felt: quantum computing. En klassisk datamaskin er bygget av transistorer som bytter mellom 0 og 1. I en kvantecomputer forblir imidlertid "transistorene" i en superposisjon på 0 og 1 (kalt en kvantebit eller qubit); beregninger fortsetter via samspill mellom overliggende tilstander til en måling utføres. Da kolliderer superposisjonene, og maskinen gir et sluttresultat. I teorien, fordi det kunne behandle mange mulige svar samtidig, ville en kvantecomputer oppnå i sekunder oppgaver, for eksempel fakturering av store tall for å bryte koder, som ville ta år for en klassisk maskin.

I desember 1995 skapte forskere vellykket kvantesystem med to bits. Monroe og hans kolleger laget et logisk element kalt en kontrollert-IKKE-port ut av et berylliumion. Jonen er fanget og avkjølt til sin laveste vibrasjonstilstand. Denne tilstanden og den første opphissede vibrasjonsstaten utgjør en bit. Den andre bit er spinnet til en av ionens elektroner. Laserpulser kan tvinge biter til superposisjoner og vende den andre biten avhengig av tilstanden til den første biten. Andre varianter av porter kobler to fotoner via et atom i et hulrom eller overfører et sammenklemt par fotoner gjennom et nettverk av detektorer.

Likevel er etableringen av en nyttig kvantecomputer, som er basert på superposisjoner av tusenvis av ioner som utfører milliarder av operasjoner, fortsatt tvilsom. Problemet? Tap av superposisjon. De logiske portene må være raske nok til å fungere før qubits mister sammenheng. Ved å bruke data fra NIST-gateeksperimentet, ble Haroche og Raimond beregnet i en August 1996 Physics Today- artikkel som ga gatehastigheten på 0, 1 millisekund, biterne måtte forbli i en superposisjon i minst et år for å fullføre en meningsfylt beregning (i dette tilfelle, factoring et 200-sifret tall).

Andre fysikere er mindre pessimistiske, da feilkorrigeringskoder (som er uunnværlige i klassisk databehandling) kan være løsningen. "Det gir deg instruksjoner om hvordan du reparerer skadene, " sier David DiVincenzo fra IBM Thomas J. Watson Research Center i Yorktown Heights, NY

Dessuten peker DiVincenzo på at en ny metode for kvantberegning, som benytter seg av atommagnetisk resonans (NMR) teknikker, kan øke koherensetider til et sekund eller mer. Si en væske - en kopp kaffe - er plassert i et magnetfelt; På grunn av termisk vibrasjon og andre krefter, vil bare én av hver million kjerne i koffeinmolekylene komme opp med magnetfeltet. Disse standouts kan manipuleres med radiobølger for å sette sine spinn i en superposisjon av opp og ned. Opprettholdelse av sammenheng er lettere her enn i de andre teknikkene fordi atomspinnene som gjennomgår superposisjonene, er godt beskyttet mot miljøet ved den omkringliggende uroligheten av seething molekyler, den sanne sperren som gjennomsnitt ut til null. Beregning av koffein sitter effektivt i et orkanes rolige øye. To grupper har nylig demonstrert kvanteberegning ved NMR, ved hjelp av en fire-qubit-versjon til summen 1 og 1. Flere komplekse systemer, som bruker kanskje 10 qubits, kunne være ved årets slutt.

Ulempen er avlesning. Med ingen måte å oppdage individuelle spinn, må forskerne måle alle molekyler-spinnene - både qubit og nonqubit. Komplekse molekyler som er i stand til å opprettholde mange spinn, er derfor "noisier" enn enklere. "De vil kunne gjøre noen fine ting, " sier Monroe, "men utover om lag 10 biter, vil de komme til grunnleggende problemer." Utgangen fra 10 bits er bare 0, 001 så sterk som den fra en enkelt bit; for 20, er produksjonen nede med en million. Således kan NMR-teknikken ikke komme inn i et meningsfylt beregningsområde på minst 50 biter.

Det kan imidlertid være andre bruksområder for quantum superpositions, skjønt. Stroud foreslår datalagring på et atom, fordi et elektron i et Rydberg-atom kunne bli laget for å oppleve en superposisjon på 2500 forskjellige energinivåer. "Det betyr at elektronens bølgefunksjon kan være ganske kompleks, og kodes for mye informasjon, " forklarer Stroud. Han demonstrerte muligheten teoretisk ved å skrive "OPTICS" på et atom. Andre bruksområder for quantum superposition, som i kryptering, kjemi og til og med teleportering, har blitt demonstrert. Schrödinger's boksekatt kan ha overlatt de beste filosofiske sinnene så langt, men det ser ut til å ha funnet mange teknologiske grunner til å bli satt.

[SIDEBAR]

Jobb for Quantum Cats

Forskere har foreslått og demonstrert flere teknologier som utnytter entanglede og overordnede kvantetilstander, som kvantemetode. Noen få andre ordninger inkluderer følgende:

Quantum Kjemi

Ved hjelp av lasere kan forskere plassere molekyler i en superposisjon av reaksjonsbaner; så kan de kontrollere kjemisk prosess ved å justere graden av forstyrrelser. I desember ble arbeidstakere skilt isotoper med en lignende teknikk. Hindringer inkluderer mindre enn praktiske effektivitetsnivåer og vanskeligheter med å kontrollere fasegenskapene til laseren.

Quantum Key Cryptography

Et mye bedre prospekt enn kvanteberegning er kvantenøkkelkryptografi. Legitime kommunikatører oppretter delte nøkler ved hjelp av polarisasjon av fotoner. Avlytting på disse nøklene ville umiddelbart bli lagt merke til, fordi det ville forstyrre nøkkelfotons stater. Kvantumkryptografi har vist seg å fungere over flere kilometer i optiske fibre.

Quantum Teleportation

Ideen har mindre å gjøre med Star Trek enn med rekonstruksjon av ødelagt informasjon. Kjernen er Einstein-Podolsky-Rosen-effekten, som viser at to fotoner kan forbli innfestet, uansett hvor langt de er fra, til en måling er gjort (som øyeblikkelig setter begge i en bestemt tilstand). Alice tar en EPR-fotograf, Bob den andre. Senere måler Alice hennes EPR-foton med respekt for en tredje fotograf. Bob kan bruke relasjonsmåling til å gjenskape Alices ikke-EPR-foton. Hvorvidt Bob virkelig rematerialiserte fotonen eller nettopp opprettet en skikkelig klone, er uklart. Forskere ved Universitetet i Innsbruck demonstrerte rapportert fenomenet, som kan ha bruk i kvantekryptografi.

Kvantumlaseroptikk

Lasere krever vanligvis en populasjonsinversjon, en tilstand der atomer i en opphisset tilstand overgår de i grunnstaten; De begeistret atomer avgir laserfotoner som de faller til bakken. I 1995 forskere sidestepped dette kravet. Ved lasing uten inversjon gir to koblingslasere jordstatatomer to baner til et høyere energinivå. Forstyrrelser mellom stiene gjør at de grunnleggende atomer er usynlige, og så færre exciterte atomer er nødvendig. Slike lasere krever ikke så mye kraft og kan i utgangspunktet gi ut lys i det ønskelige røntgenområdet.

Hot Spot Hot Rod: Internett Invaderer AutomobileRinger av Saturn og 2 Moons Shine i nydelig NASA PhotoAntarktis Lake Vostok May Hold Extreme LifeÅ gjøre de store Apple Green Starts med Empire State BuildingSaint Patrick's Day Science: Brew Up Some Green Soda Pop!Incognito Caterpillar truer amerikanske grenserAfrika Faces Hotter FutureEt resirkulert univers