Un minuscule cristal oscillant pesant à peine plus qu’un grain de sable est devenu l’objet le plus lourd jamais enregistré dans une superposition de sites.
Des physiciens de l’Institut fédéral suisse de technologie (ETH) de Zurich ont attaché un résonateur mécanique à un type de circuit supraconducteur couramment utilisé en informatique quantique pour reproduire la célèbre expérience de pensée d’Erwin Schrödinger à une échelle sans précédent.
Ironiquement, Schrödinger serait quelque peu sceptique sur le fait que quelque chose d’aussi grand – enfin, n’importe quoi – puisse exister dans un état de réalité ambigu.
Les états de superposition sont sans précédent dans notre expérience quotidienne. Regardez le ballon de football tomber et vous pouvez suivre son taux de chute avec un chronomètre. Sa position de repos finale est aussi claire que le jour, et même sa rotation en vol est évidente.
Si vous fermez les yeux lorsqu’ils tombent, il n’y a aucune raison de penser que ces états de localisation ou de comportement pourraient être différents. Cependant, en physique quantique, des caractéristiques telles que la position, la rotation et l’élan n’existent de manière significative que lorsque vous voyez une balle posée sur le sol.
Avec un autre poids lourd de la physique théorique, Albert Einstein, Schrödinger n’était pas tout à fait friand d’interprétations d’expériences indiquant que les particules manquaient de propriétés précises jusqu’à ce que l’observation leur en donne une.
Pour montrer à quel point l’idée était absurde, le lauréat autrichien du prix Nobel a décrit un scénario dans lequel l’emplacement non observé d’une particule était lié à la vie d’un chat invisible.
Imaginez, si vous voulez, qu’une particule crachée au hasard d’un atome en décomposition, frappe un compteur Geiger, faisant éclater la fiole de poison, et tue instantanément un chat. Comme tout cela se déroule dans une boîte, les événements et leur timing restent inaperçus.
Aller avec ce qu’on appelle Interprétation de Copenhague En physique quantique, le système invisible existe dans un état de toutes les possibilités jusqu’à ce que son état final soit observé. La particule est émise et non émise. Compteur Geiger actif et inactif. La fiole de poison est cassée, pas brisée. Et le chat est vivant et mort.
Ce camouflage mortel est presque impossible à visualiser mais est facilement représenté dans Équation ondulatoire de Schrödinger.
Près d’un siècle plus tard, celui de Schrödinger n’est plus une blague. Il a été observé non seulement dans de petites molécules mais dans des molécules entières (sans parler de groupes de milliers d’atomes). Nous pouvons manipuler la boîte pour nous assurer que le chat ne meurt jamais. On peut même bricoler le décor pour séparer le chat. En fait, des technologies entières sont fondées sur les mêmes principes que les objets dans des états de superposition.
Bien qu’aucun chat réel n’ait jamais été menacé par une expérience quantique – à cause de la morale, vous savez – la théorie reste simple. Les grands objets comme les chats, ou encore les humains, les éléphants ou même les dinosaures, peuvent exister dans des états de superposition de la même manière que les électrons, les quarks et les photons.
Les mathématiques ne laissent aucune place au doute, cependant, observer les effets d’une présence aussi floue à une si grande échelle est une toute autre histoire.
Au niveau atomique, une teinte de destins non accomplis peut être perçue avec un équipement assez primitif. Au fur et à mesure que les propriétés des objets augmentent, il devient plus difficile d’élucider empiriquement les signatures de superposition.
Dans cette dernière expérience, le résonateur des ondes sonores aiguës, ou habar, comme un chat 16,2 µg. Ce qui lui manque en moustaches et bouffées de poisson, il le compense par le fait qu’il peut fredonner sur une courte plage de fréquences lorsqu’il est alimenté par un courant.
« En superposant les deux états d’oscillation dans le cristal, nous avons effectivement créé un chat de Schrödinger pesant 16 microgrammes », Il dit Yiwen Chu, auteur principal et physicien de l’ETH Zurich.
Pour les rôles de l’atome radioactif, du compteur Geiger et du poison, l’équipe A envoyerun circuit supraconducteur qui a servi de source d’alimentation pour l’expérience, le capteur et la superposition.
Relier les deux ensemble a permis aux chercheurs de mettre le HBAR en mouvement afin que ses vibrations tremblent en deux phases simultanément, un phénomène qui était de retour dans la transmission.
Quelle pourrait être l’ampleur des futures expériences est une question ouverte. En pratique, repousser les limites de la taille sur la superposition peut conduire à de nouvelles façons de rendre la technologie quantique plus puissante ou former la base d’outils plus sensibles pour étudier la matière et l’univers.
Fondamentalement, il y a encore des questions sur ce que cela signifie pour la matière d’être en superposition. Malgré des décennies de progrès dans l’amélioration de la précision de la mécanique quantique, il existe Ce n’est toujours pas clair Pourquoi l’ouverture de la boîte devrait faire une différence dans le sort du chat de Schrödinger.
Ce que cela signifie de transformer peut-être en réalité reste autant un mystère en physique des particules que lorsque Schrödinger a imaginé son idée absurde d’un chat qui ne devrait pas l’être.
Cette recherche a été publiée dans les sciences.
