Podglądanie kwantów

Atomy, fotony i inne cząstki elementarne mogą przekazywać sobie informacje z prędkością szybszą od światła, przemieszczać się w dwie strony jednocześnie, być we wszystkich miejscach naraz, istnieć i nie istnieć w tej samej chwili. Te zachowania materii opisuje mechanika kwantowa.

Równocześnie z badaniami teoretycznymi prowadzi się eksperymenty. Służy do nich m.in. słynny akcelerator Wielki Zderzacz Hadronów. Jednak obserwacja cząstek elementarnych jest czynnością silnie oddziałującą i zaburzającą obserwowany układ. To tak, jakbyśmy, patrząc na górę, zmieniali jej kształt.

To zjawisko utrudnia praktyczne wykorzystanie zjawisk kwantowych, np. do obliczeń, czyli do przekształcenia układu kwantowego w komputer. Jako że atomy według praw mechaniki kwantowej mogą być w wielu różnych stanach jednocześnie, jeden układ logiczny – qbit, odpowiednik bitu może przechowywać wiele liczb jednocześnie. Nie ogranicza się do wartości „0” lub „1”, jak współczesne tranzystory.

Procesor złożony z kwantowych odpowiedników tranzystorów charakteryzowałby się niespotykaną obecnie wielowątkowością. Naukowcy wierzą, że układ logiczny złożony z 1000 atomów byłby w stanie szybko złamać wszystkie znane obecnie zabezpieczenia kryptograficzne. Niestety na przeszkodzie stoi wspomniana wcześniej niestabilność zjawisk kwantowych.

W tym miejscu powracamy do Nagrody Nobla. Laureaci, Francuz Serge Haroche, z paryskiej École Normale Supérieure, oraz Amerykanin David J. Wineland, pracujący na Uniwersytecie Colorado, niezależnie od siebie opracowali metodę odczytywania stanów kwantowych bez znaczącego zaburzania ich stabilności. Wykorzystali do tego interakcje między atomami, a światłem z użyciem pułapek zdolnych zatrzymać wspomniane cząstki.

Między innymi dzięki temu odkryciu naukowcy są w stanie obecnie kontrolować układy złożone z 15 atomów i wykonywać na nich najprostsze obliczenia. Droga do praktycznych zastosowań jest bardzo daleka, ale dzięki tegorocznym noblistom mamy szansę zobaczyć taką maszynę jeszcze w czasie trwania naszego życia.