Nejspíš nikdo nepochybuje o tom, že svět kvantové mechaniky je divný. Dalo by se říct, že je to její reklamní slogan. Kvantoví mechanici ale neváhají zajít ještě dál. V nedávném experimentu zjistili, že říše kvant je ještě podivnější, než se otrlí a na ledasco zvyklí vědci domnívali.
Podivnost kvantového světa není jen o pocitech, které samozřejmě mohou být intenzivní. Na zhodnocení toho, nakolik se nějaký systém chová klasicky či podivně, slouží testy. Jedním z nich je matematický test zvaný Leggett–Gargova nerovnost (LGI, Leggett–Garg inequality). Klasické systémy se vejdou do limitu LGI, kvantové systémy ho porušují.
Aby to nebylo moc průzračné, samotné porušování Leggett–Gargovy nerovnosti ve kvantových systémech má svůj limit, takzvanou časovou Tsirelsonovu hranici (TTB, temporal Tsirelson's bound). Arijit Chatterjee z Indian Institute of Science Education and Research a jeho kolegové se vyhecovali a zkusili, jestli je možné TTB limit prolomit, což by znamenalo ještě podivnější kvantové jevy.
Chatterjee a spol. si teoreticky představili, že existuje nový typ kvantového pohybu, kdy určitá částice v jednu chvíli současně sleduje dva soubory instrukcí k pohybu, a že taková situace bude dost kvantová na to, aby prolomila limit TTB. Říkají tomu superpozice unitárií (unitárních operátorů, tedy specifických omezených lineárních operátorů, přičemž, pro představu, lineární operátor je třeba taky limita, derivace nebo neurčitý integrál).
Zní to jako zaklínadla, ale Chatterjee s kolegy to ověřili experimentem. Vzali mašinu na nukleární magnetickou rezonanci, s jejíž pomocí ovládali qubit, kterým bylo jádro atomu uhlíku uvnitř molekuly. K tomu navrhli speciální kvantový obvod, který umožnil, aby dotyčný qubit mohl současně vykonávat dva soubory instrukcí k pohybu. V tomto případě šlo o dva různé typy magnetické rotace qubitu.
Výsledky experimentu se superpozicí unitárií byly okamžité a dramatické. Prorazili limit LGI a jako vichřice se prohnali limitem TTB, čímž potvrdili, že jejich kvantový systém je ještě kvantově podivnější, než bývá zvykem. Celá tahle věc navíc může mít překvapivě praktické využití. Ukázalo se totiž, že superpozice unitárií, tedy vlastně superpozice pohybů chrání qubit před šumem z okolního prostředí. To je super poznatek pro vývoj technologií kvantových počítačů.
Video: Dynamics Under Superposition of Unitary Operators: Robustness against... by Arijit Chatterjee
Video: Loophole free Violation of the Leggett-Garg Inequalities and Semi Device Independ.. by Urbasi Sinha
Literatura
Obrat v kvantové Shannonově teorii informace
Autor: Kamil Brádler (09.08.2008)
Kvantová podivnost uspěla v dalším testu
Autor: Stanislav Mihulka (02.06.2015)
Šifra podle kosmických paprsků
Autor: Dagmar Gregorová (27.01.2023)
Jaderná hmota v nitru neutronových hvězd
Autor: Vladimír Wagner (07.05.2024)
Kvantoví inženýři uspěli s teleportací logického qubitu odolnou vůči chybám
Autor: Stanislav Mihulka (03.10.2024)
Fyzici vytvořili první plně mechanický a funkční qubit
Autor: Stanislav Mihulka (16.11.2024)
Diskuze:
"unitárie"
Pavel Kaňkovský,2025-12-01 21:36:40
Slovo "unitaries" v originále je zkratka za "unitary transformations" nebo "unitary operators", tedy unitární transformace či operátory (ona jsou to téměř zaměnitelná synonyma, i když občas se rozlišuje transformace jako zobrazení a operátor jako reprezentace toho zobrazení, např. maticí). Hádám, že výstižný český překlad by bylo prostě "unitární" v plurálu, akorát je chyba, že to množné číslo z toho není poznat.
Odbočka k tomu, že unitární operátory jsou zvláštní případ lineárních a lineární jsou jsou např. limita, derivace a integrál, je možná spíš matoucí. Tedy samozřejmě lineární jsou a v kvantovce se pracuje s operátory nad prostorem stavů, což je Hilbertův prostor, a i funkce reálné nebo komplexní proměnné tvoří Hilbertův prostor, ale stejně si myslím, že je to matoucí. Navíc není zmíněna nejdůležitější vlastnost unitárních operátorů, totiž že zachovávají skalární součin (a tedy i velikost vektorů).
Filosofická vsuvka
Waldir Bezejmenný,2025-11-30 22:39:17
Vesmír je takový jaký je. To že nám naše fyzikální teorie přijdou divné znamená jen to že naše teorie jsou chybné. Tvářit že to je vesmír kdo má problém naše chápání pošle jen do ještě většího zmatení.
Re: Filosofická vsuvka
Pavel Kaňkovský,2025-12-01 21:39:51
Příště zkuste aspoň v souvětí používat čárky. I když to, co jste napsal, by možná potřebovalo uzávorkovat, aby bylo jednoznačné, co jste tím chtěl říct.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
