Tágulnak a kvantumvilág határai

Az eddiginél milliárdszor nagyobb objektumban sikerült amerikai kutatóknak kvantumállapotot létrehozniuk - közölték a Nature tudományos magazin csütörtökön megjelent számában. Ilyen állapotot eddig csak egyedi részecskéknél, atomoknál, molekuláknál tudtak elõállítani. Az eredmény az úgynevezett kvantumszámítógép létrehozásában lehet fontos. A kvantummechanika alappillére az az elv, hogy a dolgok meghatározott adagokban, kvantumokban nyelnek el és bocsátanak ki energiát. Az elvre egyszerû példa a színes üveg, amely attól nyeri el színét, hogy a fénybõl csak adott energiájú fotonokat nyel el. Ha egy atom összes, környezetébõl szerzett energiáját megvonják azáltal, hogy olyan alacsony hõmérsékletre hûtik le, ahol már nem kap "pakkot" a szomszéd részecskéktõl, elérheti úgynevezett kvantum-alapállapotát. Ha ebben az állapotban csak egyetlen energiakvantumot megfelelõ módon visszakap, az atom egyidejûleg két állapotba, szuperpozíciós állapotba kerül.

A mérések ilyenkor vagy nulla, vagy egy energiakvantumot jeleznek, noha az atom egyidejûleg van mindkét állapotban. Az atomi energiaszinteket a számítógépeknél használt 0 és 1 állapotként értelmezve juthatunk el a kvantumszámítógép gondolatához.

Ugyanakkor egyetlen atomnál vagy molekulánál nagyobb méretben igen bonyolult az ilyen állapot létrehozatala, mivel minél nagyobb egy objektum, annál nehezebb teljes mértékben izolálni környezetétõl, így eljuttatni alapállapotába.

"Mindennapi tapasztalatainkban tökéletesen tudjuk, hogy a dolgok nincsenek egyidejûleg két helyen, ám a fizika ezen alapvetõ elmélete szerint ez lehetséges" - mondta el a BBC hírportáljának Andrew Cleland, a Kaliforniai Egyetem (Santa Barbara) munkatársa, a tanulmány vezetõje.

Cleland és kutatócsoportja most szabad szemmel is látható objektummal végezte el a kísérletet. Egy kis darab piezoelektromos anyagot használtak, amely kitágul, illetve összehúzódik, amikor elektromos áram halad át rajta. Meghatározott frekvenciánál a tágulás-összehúzódás rendszeressé válik, a hegedûhúrhoz hasonlóan az anyag saját frekvencián rezeg.

A csoport három év alatt kifejlesztett egy speciális elektromos áramkört, ehhez csatlakoztatták a fenti oszcillátort. Ezzel a készülékkel sikerült az elektromos energiát egyedi kvantumonként adagolni úgy, hogy a felszerelést lehûtötték az abszolút nulla fok közelébe (egy ezred fokra tõle), és igazolták, hogy a rezonátor ekkor kvantum-alapállapotában volt.

Az elektromos energiát egyedi kvantumonként juttatták a rendszerbe, és megfigyelték, hogy az oszcillátor rezegni kezdett, amint átalakította ezt a kvantumot egy kvantumnyi rezgési energiává. A kutatók kimutatták, hogy rezgése közben a rezonátor szuperpozíciós állapotában volt, egyszerre nulla és egy energiakvantumot birtokolva.

Az eredmény hatalmas elõrelépés annak megválaszolásában, hogy a kvantummechanikai hatások eltûnnek-e az objektumokban egy adott méret fölött. Cleland szerint az elv érvényességének határvonalát az eddigi 60 körüli atomszámról mintegy billió (10 a 12. hatványon) atomra emelték a mostani kísérlettel.