Izveštaj sa granice ljudskog saznanja – Nobelova nagrada iz fizike za 2012

Ovogodišnja Nobelova nagrada iz fizike odlazi dvojici eksperimentalnih fizičara Seržu Arošu i Dejvidu Vejnlendu, za svoj rad na: “eksperimentalnim pionirskim metodama koje omogućavaju manipulaciju i i merenje individualnih kvantnih sistema”. Kako običnom smrtniku, bilo da ima diplomu fakulteta fizike ili ne, nije jasno šta su dotična gospoda tačno radila i zaslužila ovogodišnju Nobelovu nagradu, autor ovog teksta osetio je moralnu obavezu da malo zakopa i pokuša onima koji fizičke nauke ili ova oblast fizike  nisu specijalnost da pojasni detalje vezane za njihov istraživački opus.

Koja je vaša prva pomisao kada pomislite na vakuum? Ako su moje mogućnosti predviđanja tačne vaša prva pomisao je da je vakuum prazan prostor. Možda bi vas potapšao po ramenu i rekao bravo da na ovaj svet pre 110 godina nije došao jedan bebac u porodici Dirak koga su rešili da krste Pol. Taj Pol Dirak, Švajcarac u trenutku svog rođenja, pretpostaviće (što je kasnije i dokazano) da vakuum nije baš toliko prazan kao što bi čovek pomislio, već da u njemu postoji more nekakvih virtualnih čestica. I dok je virtuelna čestica nešto što običnog čoveka mnogo ne tangira u životu, fizičari, a posebno oni koji se bave eksperimentalnom kvantnom teorijom proklinju postojanje ovih dosadnjakovića.

U kvantnoj teoriji postoje takozvana isprepletana stanja. Samim aktom merenja sistem se izvodi iz isprepletanog stanja i pojavljuje samo u jednoj realizaciji tog stanja. Ovo za fiziku problema nije uvek poželjno, zato što se uvođenjem iz isprepletanog stanja u samo jedno stanje gube podaci o svim ostalim stanjima. U popularnoj kulturi često se pominje tzv. Šredingerova mačka koja nije ništa drugo no popularno objašnjenje fenomenologije isprepletanih stanja (entangled state). Sećate se onog tipa Diraka i njegovih virtualnih čestica? Te Dirakove virtualne čestice takođe su čest uzrok dekoherence, odnosno “odpletanja” sistema iz sume stanja u samo jedno stanje.

Naši ovogodišnji laureati Aroš i Vejnlend upravo su radili eksperimente sa raznim gedžetima kojima bi zarobili i ispitivali kvantni sistem (atom, jon, foton…) tako da ga naši dosadnjakovići ne bi više čačkali i izvodili iz isprepletanog stanja. Vejnlend se uglavnom bavio zarobljenim jonima u RF zamkama i drugim sličnim zamkama. Sigurno se pitate šta je to RF zamka? Gledali ste da Vinčijev kod? Sećate se one klopke koja drži antimateriju van dometa obične materije kako Vatikan ne bi odleteo u vazduh? Vidite RF zamka je jedna slična spravica, samo što je Vejnlend sa svojim timom od dvadesetak saradnika u njoj držao mahom jone ali i druge objekte od interesa. Aroš je sa druge strane u zamci od uglačanih ogledala zarobljene držao mahom fotone i atome i jedan je od najistaknutijih naučnika u danas jako razvijenoj oblasti Cavity QED (Kvantna elektrodinamika u šupljinama).  Naravno obojica naučnika bavili su se i drugim problematikama.

Slika sa proglašenja

OK šupljine, zamke, joni, virtuelni fotoni, Vatikan čemu sve to, odnosno na šta se ovo njihovo istraživanje može primeniti? Uz već pomenuto skladištenje antimaterije, sigurno je najznačajnija sadašnja a još više buduća primena u kvantnim računarima i kvantnom prenosu informacija. Poslednjih godina mi fizičari dobili smo neku blesavu ideju da koristimo zakone i fenomenologiju kvantne teorije da bi ostvarili napredak u računarskim i komunikacijonim tehnologijama. Osnovni kapacitet informacije u računarskim tehnologija naziva se bit. U kvantnoj informatici bit postaje Qbit. U klasičnim računarskim sistemima bit može uzeti dve vrednosti 0 (a.k.a. nema struje) i 1 (a.k.a. ima struje). U kvantnim sistemima nula i jedinica postaju neke od fundamentalnih kvantnih osobina:

1. Nula=osnovno stanje nekog atoma ili oscilatora, Jedan=prvo pobudjeno stanje
2. Nula=Osnovno stanje Boze-Ajnštajnovog kondenzata,  Jedan prvo pobuđeno stanje Boze-Ajnštajnovog kondenzata
3. Nula= ”Spin Up” stanje,  Jedan=“Spin down” elektrona ili para elektrona u npr. višeslojnom Grafenu ili Fulerenu (Los-di Vićenco kvantni računar)

Naravno ovo su neki od mogućih načina na koji se može ostvariti jedna ovakva mašina. U eksperimentu želimo ostvariti potpunu kondtolu nad stanjem Nula i Jedan a u tome nam smetaju oni virtuelni fotoni koji sistem mimo naše volje iz mešavine stanja 0|>+1|> fiksira sistem u jednom stanju 0|> ili 1|> i u tom slu;aju dolazi do gubitka podataka (baš su dosadni ti virtualni smarači  jel da 😀 ?).

Iako je nauka još daleko od ostvarivanja funkcionalnog kvantnog PC računara, Nobelov komitet, a i autor ovog članka, smatra da je ovo dobar pravac u istraživanju i ko zna možda u budučnosti igrate PES na vašem kvantnom PC računaru ili umesto internet kabla download-ujete ili upload-ujete vašim kvantnim primopredajnikom.