תכונות של ניסוי המחשבה המפורסם של שרדינגר החתול יושמו בעולם האמיתי באמצעות אטום אנטימון בודד המוטבע בשבב סיליקון. ככל שזה נראה מפתיע, לאטום יש חיים קוונטיים מורכבים יותר ממה שאפילו החתול התיאורטי מצליח. האם זה יכול להתאים לווריאציה האינסופית של חתולים אמיתיים נותר בלתי מדוד.
הפיזיקאי ארווין שרדינגר הציע את הניסוי המחשבתי שבגללו הוא מוכר כיום בעיקר במאמץ להראות מדוע הוא ראה במכניקת הקוונטים מגוחכת, למרות שתרם רבות להמצאתה. אם מכניקת הקוונטים הייתה נכונה, הוא טען, זהליצור מצב שבו חתול היה חי ומת בו זמנית עד שפתחנו קופסה בה הוא הונח. האם זה יכולעדיין מתווכח, אבל בקנה מידה תת-אטומי, סופרפוזיציה - שבה עצם יכול להתקיים בשני מצבים בו-זמנית - היא עובדה מקובלת.
הפוטנציאל של טמון בריתום היכולת הזו, המאפשר לסופרפוזיציה של אחד ואפס להחליף ביט מחשב מסורתי שיכול להיות רק אחד או אפס. משאבים עצומים הוזרמו לבניית מחשבים קוונטיים, אך מכשולים רבים גרמו להתקדמות לפגר הרבה מאחורי מה שהובטח לעתים קרובות.
מכשול עיקרי הוא התדירות של מחשבים קוונטייםכי תהליך אקראי כלשהו הופך את המצב של רכיב, המכונה קיוביט. ספינים של חלקיקים יוצרים קיוביטים פופולריים לאחסון מידע, כאשר ספין למעלה מייצג מצב אחד וספין למטה את השני. עם זאת, רעש שגורם להיפוך ספין יכול לשבש את הנתונים וכל מה שנעשה איתם.
כדי לטפל בזה, צוות בראשות פרופסור אנדריאה מורלו מאוניברסיטת ניו סאות' ויילס פנה לאטומי אנטימון, המאפשרים יצירת מה שמכונה מערכות קוונטיות בממדים גבוהים.
"אנטימון הוא אטום כבד, שיש לו ספין גרעיני גדול, כלומר דיפול מגנטי גדול. הספין של אנטימון יכול לקחת שמונה כיוונים שונים, במקום שניים בלבד", אמר המחבר הראשי שי יו ב-aהַצהָרָה. "זה אולי לא נראה הרבה, אבל למעשה זה משנה לחלוטין את התנהגות המערכת. סופרפוזיציה של ספין האנטימון המצביע לכיוונים מנוגדים אינה רק סופרפוזיציה של 'מעלה' ו'למטה', מכיוון שיש מספר מצבים קוונטיים המפרידים בין שני ענפי הסופרפוזיציה."
סופרפוזיציה של שמונה מצבים שונים נשמעת כמו תוהו ובוהו שרק חתלתול משתחרר על כדורי חוט אינסופיים יכול ליצור, אבל הצוות חושב שהוא במקום זאת יהיה חזק יותר. באופן ספציפי, הם מקווים שזה יאפשר זיהוי שגיאות שמתגנבות ומניעת שגיאות חדשות.
"שגיאה בודדת, או אפילו כמה שגיאות, אינן מערבבות מיד את המידע", אמר מורלו. הוא מותח את מטפורת החתול במידה יוצאת דופן, הוא המשיך; "זה כאילו ראינו את החתול שלנו חוזר הביתה עם שריטה גדולה על הפנים. הוא רחוק מלהיות מת, אבל אנחנו יודעים שהוא נקלע לריב; אנחנו יכולים ללכת ולמצוא מי גרם לקטטה, לפני שזה יקרה שוב והחתול שלנו ייפצע".
בנג'מין וילהלם, שי יו, אנדריאה מורלו ודניאלה הולמס עם ארבעה חתולים שהם בהחלט בחיים, ולעולם לא יתנסו בהם.
קרדיט תמונה: לי הנדרסון
מחשבים קוונטיים לזיהוי שגיאות כבשו את דמיונם של פיזיקאים באותה מידה כמו שקית האוכל על מדף בלתי ניתן להשגה עשתה לחתול בית רעב. רוב הגישות נבנו סביב הסתבכות של כמה חלקיקים, אבל המחברים חושבים שהממדיות הגבוהה יותר שמציע אנטימון הופכת גישה טובה יותר.
המקבילה הקוונטית למציאת בריון השכונתי החתולי ולהפחיד אותו היא עדיין רק תקווה, אבל הצוות עושה זאת למטרה הבאה שלהם. הם אומרים שניתן לתקן עד שלוש שגיאות היפוך בקיוביט אנטימון שלא כמו בממדים נמוכים יותר.
שני ניירותמכריזיםתוצאות דומותעם מצבי קיוביט בממדים גבוהים יותר המבוססים על חומרים שונים הוגשו לבדיקה בזמן שהצוות עבד על הנייר שלהם.
אף על פי כן, המחברים חושבים שלעיצוב שלהם יש יתרונות ביצירת הבסיס למערכות הרבה יותר גדולות שחסרות דגמים אחרים.
"אירוח ה'חתול' בסיליקון אומר שבטווח הארוך, ניתן להגדיל את הטכנולוגיה הזו באמצעות שיטות דומות לאלו שאנו כבר מאמצים לבניית שבבי המחשב שיש לנו היום", אמרה ד"ר דניאל הולמס.
מצד שני, הטענות שמחשבים קוונטיים נמצאים ממש מעבר לפינה הושמעו כבר 25 שנה לפחות, ונוכחותם חמקמקה כמו החתול השני המזוהה לעתים קרובות עם התנהגות קוונטית,.
המחקר פורסם בפיזיקת הטבע.
