양자물리학자가 아니더라도 슈뢰딩거의 유명한 고양이에 대해 들어봤을 것입니다. Erwin Schrödinger는 1935년 사고 실험에서 동시에 살아 있을 수도 있고 죽을 수도 있는 고양이를 생각해 냈습니다. 결국 일상 생활에서 우리는 살아 있거나 죽은 고양이만 볼 수 있다는 명백한 모순 때문에 과학자들은 체외에서 유사한 상황을 이해하기 위해. 지금까지 그들은 예를 들어 동시에 두 장소에 있는 양자 역학적 중첩 상태에서 원자나 분자를 사용하여 이것을 할 수 있었습니다.

ETH에서 고체 물리학 연구소(Solid State Physics Laboratory)의 Yiwen Chu 교수가 이끄는 연구팀은 두 가지 진동 상태의 중첩에 작은 결정을 배치하여 극적으로 더 무거운 슈뢰딩거 고양이를 만들었습니다. 그 결과는 이번 주 저널에 게재되었습니다. 과학더 강력한 큐비트로 이어질 수 있으며 거시적 세계에서 양자 중첩이 관찰되지 않는 이유에 대한 미스터리를 밝힐 수 있습니다.

상자 안의 고양이

슈뢰딩거의 원래 사고 실험에서 고양이는 방사성 물질, 가이거 계수기, 독약병이 들어 있는 금속 상자 안에 갇혀 있습니다. 주어진 시간(예: 한 시간) 동안 물질의 원자는 특정 확률로 양자 역학 프로세스를 통해 붕괴하거나 그렇지 않을 수 있으며 붕괴 생성물로 인해 가이거 계수기가 폭발하고 포함된 유리병을 산산조각내는 메커니즘을 트리거할 수 있습니다. 결국 고양이를 죽이는 독.

외부 관찰자는 원자가 실제로 붕괴되었는지 여부를 알 수 없기 때문에 고양이가 살아 있는지 죽었는지도 알 수 없습니다. 원자의 붕괴를 지배하는 양자 역학에 따르면 살아있는/죽은 중첩 상태에 있어야 합니다. (슈뢰딩거의 아이디어는 취리히의 Huttenstrasse 9에 있는 이전 집 밖에 있는 실물 크기의 고양이 형상으로 기념됩니다.)

“물론 실험실에서는 몇 킬로그램의 실제 고양이로 그런 실험을 할 수 없습니다.”라고 Zhu는 말합니다. 대신, 그녀와 그녀의 동료들은 원래 원자를 나타내는 초전도 회로와 함께 고양이를 나타내는 진동 수정을 사용하여 소위 고양이 상태를 만들었습니다. 이 회로는 기본적으로 논리 상태 “0” 또는 “1” 또는 두 상태의 중첩인 “0 + 1″을 취할 수 있는 큐비트 또는 큐비트입니다.

큐비트와 수정 “고양이” 사이의 연결은 가이거 계수기와 독이 아니라 결정이 진동하면서 모양이 변할 때 전기장을 생성하는 압전 재료 층입니다. 이 전계는 큐빗의 전계와 결합되어 큐빗의 중첩 상태를 결정으로 전달할 수 있다.

반대 방향의 동시 진동

결과적으로 수정은 이제 동시에 두 방향(예: 위/아래 및 아래/위)으로 스윙할 수 있습니다. 이 두 방향은 고양이의 “살아있는” 또는 “죽은” 상태를 나타냅니다. “크리스탈에 두 가지 진동 상태를 중첩함으로써 우리는 효과적으로 16마이크로그램 슈뢰딩거의 고양이를 만들었습니다.”라고 Zhou는 설명합니다. 그것은 대략 미세한 모래 알갱이의 질량이고 고양이만큼 무겁지는 않지만 여전히 원자나 분자보다 수십억 배 더 무겁기 때문에 지금까지 가장 뚱뚱한 양자 고양이입니다.

흔들림이 진정한 고양이 상태가 되려면 육안으로 구별할 수 있어야 합니다. 이는 “위” 상태와 “아래” 상태 사이의 분리가 결정 내 원자 위치의 열적 또는 양적 요동보다 커야 함을 의미합니다. Zhou와 동료들은 초전도 큐비트를 사용하여 두 상태의 공간 분리를 측정하여 이를 조사했습니다. 측정된 간격은 10억분의 10억분의 1미터(실제로는 원자보다 작음)에 불과했지만 상태를 명확하게 구분할 수 있을 만큼 충분히 컸습니다.

고양이의 경우 작은 소동 측정

앞으로 Chu는 크리스탈 고양이의 블록 한계를 더욱 확장하고자 합니다. “이것은 실제 고양이의 거시적 세계에서 양자 효과가 사라지는 이유를 더 잘 이해할 수 있게 해주기 때문에 흥미롭습니다.”라고 그녀는 말합니다.

이 다소 학문적인 관심 외에도 양자 기술에 잠재적인 응용 프로그램이 있습니다. 예를 들어, 큐비트에 저장된 양자 정보는 현재 실행되는 것처럼 단일 원자나 이온에 의존하는 대신 결정에 있는 많은 수의 원자로 구성된 고양이 상태를 사용하여 더 견고하게 만들 수 있습니다. 또한 외부 소음에 대한 중첩 상태의 거대한 물체의 극도의 민감도를 이용하여 중력파와 같은 작은 섭동을 정밀하게 측정하거나 암흑 물질을 탐지할 수 있습니다.