Може да има начин да промъкне връх при котката на Шрьодингер - известният мисловен експеримент, базиран на котешки, който описва тайнственото поведение на субатомните частици - без да убива трайно (хипотетичното) животно.
Нещастната, въображаема котка е едновременно жива и мъртва в кутия или съществува в суперпозиция от "мъртви" и "живи" състояния, точно както субатомични частици съществуват в суперпозиция на много състояния наведнъж. Но гледането вътре в кутията променя състоянието на котката, която след това става или жива, или мъртва.
Сега обаче проучване, публикувано на 1 октомври в Новия вестник за физика, описва начин потенциално да надникне в котката, без да я принуждава да живее или да умре. По този начин тя напредва в разбирането на учените за един от най-фундаменталните парадокси във физиката.
В нашия обикновен мащабен свят гледането на даден обект изглежда не го променя. Но достатъчно увеличение и това не е така.
"Обикновено смятаме, че цената, която плащаме за търсенето, не е нищо", казва водещият автор на изследването Холгер Ф. Хофман, доцент по физика в университета в Хирошима в Япония. "Това не е правилно. За да изглеждате, трябва да имате светлина и светлината променя обекта." Това е така, защото дори един фотон светлина пренася енергия далеч от или към обекта, който гледате.
Хофман и Картик Патекар, който по онова време беше гостуващ студент в университета в Хирошима, а сега е в Индийския технологичен институт в Бомбай, се чудеха дали има начин да изглеждат, без да „плащат цената“. Те кацнаха върху математическа рамка, която отделя първоначалното взаимодействие (гледайки котката) от показанието (знаейки дали е жива или мъртва).
„Основната ни мотивация беше да гледаме много внимателно на начина, по който се случва квантово измерване“, каза Хофман. „И ключовият момент е, че разделяме измерването на две стъпки.“
По този начин Хофман и Патекар са в състояние да предположат, че всички фотони, участващи в първоначалното взаимодействие, или надничат в котката, са заснети, без да губят никаква информация за състоянието на котката. Така че преди да прочетете, всичко, което трябва да знаете за състоянието на котката (и за това как и как гледате да го е променило), все още е на разположение. Едва когато четем информацията, губим част от нея.
„Интересното е, че процесът на четене избира един от двата вида информация и напълно изтрива другия“, казва Хофман.
Ето как описаха работата си по отношение на котката на Шрьодингер. Кажете, че котката все още е в кутията, но вместо да гледате вътре, за да определите дали котката е жива или мъртва, вие поставяте камера извън кутията, която по някакъв начин може да направи снимка вътре в нея (в името на мисловния експеримент, игнорирайте факта, че физическите камери всъщност не работят така). След като е направена снимката, камерата има два вида информация: как котката се е променила в резултат на направената снимка (това, което изследователите наричат квантов маркер) и дали котката е жива или мъртва след взаимодействието. Никоя от тази информация все още не е загубена. И в зависимост от това как решавате да „развиете“ изображението, извличате една или друга информация.
Помислете за монета, каза Хофман на Live Science. Можете да изберете дали да знаете дали монета е била обърната или дали в момента са глави или опашки. Но не можете да знаете и двете. Нещо повече, ако знаете как е била променена квантовата система и ако тази промяна е обратима, тогава е възможно да възстановите първоначалното си състояние. (В случая с монетата ще я върнете обратно.)
"Винаги първо трябва да нарушавате системата, но понякога можете да я отмените", каза Хофман. По отношение на котката, това би означавало да правите снимка, но вместо да я развивате, за да виждате котката ясно, да я развивате по такъв начин, че да възстановите котката обратно в мъртво и живо състояние на крайниците.
Важното е, че изборът на отчитането идва с компромис между разделителната способност на измерването и неговото смущение, които са абсолютно равни, демонстрира документът. Резолюцията се отнася до това колко информация се извлича от квантовата система, а смущаването се отнася до това доколко системата е необратимо променена. С други думи, колкото повече знаете за текущото състояние на котката, толкова повече сте я променили безвъзвратно.
„Това, което намерих изненадващо, е, че способността да отмените смущения е пряко свързана с това колко информация получавате за наблюдаваното“, или с физическото количество, което измерват, каза Хофман. „Математиката е доста точна тук“.
Въпреки че предишната работа е посочила компромис между разделителна способност и смущения при квантово измерване, този документ е първият, който количествено определи точната връзка, заяви Майкъл Хол, теоретичен физик от Австралийския национален университет, заяви пред Live Science в имейл.
„Доколкото знам, нито един предишен резултат няма формата на точно равенство, свързано с разделителна способност и смущения“, каза Хол, който не участва в проучването. „Това прави подхода в хартията много чист“.
