O echipă de cercetători a reușit să creeze și să mențină o stare de superpoziție cuantică, cunoscută simbolic sub numele de „stare de pisică Schrödinger”, la o temperatură de 1,8 Kelvin.
Această temperatură, deși extrem de scăzută conform standardelor cotidiene (aproximativ -271,3 grade Celsius), este considerabil mai ridicată decât condițiile apropiate de zero absolut (-273,15 grade Celsius) considerate anterior necesare pentru stabilitatea unor astfel de fenomene cuantice delicate.
Experimentul contestă ideea că manifestările cuantice macroscopice sunt posibile doar în medii criogenice extreme. Conceptul de „pisică a lui Schrödinger” provine dintr-un experiment mental propus de fizicianul Erwin Schrödinger în 1935 pentru a ilustra principiul superpoziției cuantice.
Acesta descrie cum un sistem cuantic, precum o particulă subatomică, poate exista simultan în mai multe stări (de exemplu, dezintegrată și nedeintegrată) până în momentul efectuării unei măsurători, care determină sistemul să adopte o singură stare definită.
În analogia lui Schrödinger, o pisică aflată într-o cutie închisă, a cărei soartă depinde de starea unei particule cuantice, ar fi considerată simultan vie și moartă până la deschiderea cutiei.
În laborator, fizicienii recreează aceste stări de superpoziție, numite metaforic „stări de pisică”, pentru a studia și manipula proprietățile cuantice. Provocarea majoră în menținerea acestor stări este sensibilitatea lor la perturbații externe, în special la agitația termică.
Căldura introduce „zgomot termic” – mișcări aleatorii ale atomilor – care distrug coerența cuantică necesară pentru superpoziție. Din acest motiv, experimentele cuantice sunt realizate de obicei la temperaturi extrem de joase, aproape de zero absolut, pentru a minimiza acest zgomot.
Necesitatea unor astfel de condiții criogenice reprezintă un obstacol semnificativ pentru dezvoltarea și implementarea pe scară largă a tehnologiilor cuantice, cum ar fi computerele și senzorii cuantici, limitându-le în mare parte la laboratoare specializate.
Cercetătorii de la Universitatea din Innsbruck au depășit parțial această limitare folosind un sistem experimental avansat. Acesta a inclus un qubit transmon, un tip de circuit cuantic supraconductor, plasat într-un rezonator cu microunde, de asemenea supraconductor.
Această configurație permite controlul precis al stărilor cuantice și protejarea lor parțială de zgomotul ambiental. Pentru a stabiliza starea cuantică la temperatura de 1,8 K, echipa a implementat două protocoale specifice.
Primul, denumit ECD (Echoed Conditional Displacement), implică manipularea controlată a stării cuantice și aplicarea ulterioară a unui „ecou” pentru a corecta erorile induse de mediu.
Al doilea protocol, QCMAP (Quantum Control Mapping), utilizează fenomenul de inseparabilitate cuantică (entanglement) între două elemente pentru a controla starea unuia prin manipularea celuilalt.
Combinarea acestor tehnici a permis crearea și menținerea cu succes a unei stări de superpoziție cuantică în condiții termice mai puțin restrictive decât se considera posibil.
Rezultatul demonstrează că efectele cuantice pot persista la temperaturi mai ridicate decât cele apropiate de zero absolut, deschizând perspective noi pentru tehnologia cuantică.
Posibilitatea de a opera dispozitive cuantice în condiții mai puțin extreme ar putea duce la dezvoltarea unor sisteme mai robuste, mai accesibile din punct de vedere al costurilor și mai ușor de implementat în aplicații practice, dincolo de mediul strict controlat al laboratoarelor de cercetare.
Această realizare nu reprezintă un punct final, ci mai degrabă un pas important care ar putea accelera tranziția tehnologiilor cuantice, cum ar fi calculatoarele și senzorii cuantici avansați, din faza experimentală către utilizarea în contexte reale, făcând domeniul fizicii cuantice aplicate mai tangibil și promițător pentru viitor.
