Zespół naukowców m.in. z Singapuru przy udziale Polaka dr. hab. Tomasza Paterka, profesora z Uniwersytetu Gdańskiego, pochwalił się, że po raz pierwszy w historii udało się stworzyć kwantowe splątanie przy udziale organizmu, który powrócił potem do życia – niesporczaka.

“Jeden ze studentów nazwał tego niesporczaka Neilem Wormstrongiem” – śmieje się w rozmowie z Nauką w Polsce prof. Paterek.

Na razie wyniki badań nie zostały jeszcze opublikowane w recenzowanym czasopiśmie naukowym. Udostępniono je tylko jako preprint na portalu arxiv. I od razu na świecie rozgorzała dyskusja, czy rzeczywiście do dziwnego świata zjawisk kwantowych udało się wrzucić na chwilkę całe zwierzę.

“Nie spieszyłbym się na razie z mówieniem o niesporczaku Schrödingera” – studzi emocje poproszony przez portal Nauka w Polsce fizyk kwantowy prof. Jacek Szczytko z Uniwersytetu Warszawskiego. A to tylko jeden z głosów krytycznych wobec tej publikacji.

NIESPORCZAK-MAN BYŁBY NAJSILNIEJSZYM Z HEROSÓW

Tym, co nie jest kwestią sporną, jest to, że niesporczaki w nowym eksperymencie pobiły nowy rekord wytrzymałości.

A że są one wytrzymałe, wiadomo od dawna. Niech się przy nich schowają wielbłądy, pingwiny, ryby głębinowe, a nawet wspinacz Alex Honnold. Niesporczaki – maleńkie bezkręgowce wodne (kolejka stu niesporczaków ustawionych jeden za drugim zajęłaby odcinek mierzący między 1 mm a 10 cm) są w stanie przeżyć w warunkach zbliżonych do próżni. W temperaturach bliskich zera absolutnego. W temperaturze 160 stopni Celsjusza. W wysokim ciśnieniu głębin wodnych. Przez 30 lat bez jedzenia.

Niesporczaki zawdzięczają te supermoce swojej możliwości przejścia w stan, gdzie ich metabolizm niemal całkowicie ustaje. Kiedy zaś warunki znów stają się korzystne, niesporczaki z powrotem budzą się do życia.

W nowym eksperymencie fizycy postanowili zaś sprawdzić, czy te zwierzęta wytrzymają 2,5 tygodnia w próżni i temperaturze 10 milikelwinów (to zaledwie jedna setna stopnia C powyżej najniższej możliwej temperatury). Tak długo w tak mroźnych warunkach jeszcze żaden niesporczak wcześniej nie przetrwał. I tu – uważają fizycy – padł nowy rekord. “Jednemu z niesporczaków się to udało – mamy nagranie, jak wybudzony po eksperymencie pływa sobie w wodzie” – podsumowuje prof. Paterek.

PO CO CHŁODZIĆ NIESPORCZAKA

I opowiada, że schłodzenie niesporczaka do temperatur tak niskich, że nie występują one naturalnie w znanym Wszechświecie, było potrzebne, aby sprawdzić, czy zwierzęta te będą w stanie przeżyć splątanie kwantowe.

“W tym eksperymencie na niesporczakach chcieliśmy studiować, jak materia w jakimś sensie żywa oddziałuje z materią kwantową” – mówi prof. Paterek.

Zjawiska kwantowe – a więc w swojej naturze inne, niż te obserwowane w świecie makroskopowym – najłatwiej zaś obserwować w temperaturach bliskich zera absolutnego i próżni. W takich warunkach jest bowiem na tyle spokojnie, że kwantowe szaleństwa łatwiej dostrzec. Im zaś cieplej, tym większe ryzyko, że jakieś fotony promieniowania cieplnego zbombardują eksperyment i wprowadzą chaos maskujący kwantowość.

Niesporczaki zaś, którym takie bliskie zera absolutnego warunki nie są straszne, były więc naturalnym kandydatem do tych badań.

KUBITY ZMIENNE SĄ

Badacze pod kierunkiem R. Dumkego z Politechniki Nanyang w Singapurze przygotowali układ – piszą o nim jako o kubicie, kwantowym bicie – w którym dochodzić może do powstawania tzw. superpozycji stanów o różnych energiach.

Prof. Paterek opisuje, że układ można przygotować tak, by miał tylko jedną z dwóch konkretnych wartości energii. Jeśli układ oddziałuje z mikrofalami przez określony czas – przeskoczy on na wyższy poziom energii. A jeśli świeci się przez połowę tego czasu – nigdy nie wiadomo, co się stanie. Ponieważ jednak to świat kwantów, to zamiast przyjąć jeden lub drugi stan, układ znajdzie się w superpozycji tych dwóch stanów o różnych energiach. Czyli gdzieś w przestrzeni pomiędzy tymi energiami. Ta superpozycja znika dopiero w momencie pomiaru. To wtedy układ wraca ze świata kwantowego do świata fizyki klasycznej i przyjmuje którąś z dwóch wartości.

BEZNADZIEJNA SUPERPOZYCJA

I właśnie na jednym z takich kubitów, po którym kwantowo szaleją sobie ładunki, umieszczono niesporczaka tak, że zmieniał on parametry układu.

W eksperymencie nie mierzono w ogóle, co się dzieje z niesporczakiem, ale potraktowano urządzenie wraz z położonym na nim zwierzęciem jako jeden układ. Elementem doświadczenia był też umieszczony poniżej drugi kubit. Górny kubit z niesporczakiem – opowiada prof. Paterek – został splątany sekwencją impulsów z dolnym kubitem.

W kolejnym kroku wykonano tomografię, jak wygląda stan wyjściowy układu kubit z niesporczakiem i dolny kubit. Trwało to 2,5 tygodnia.

W ocenie autorów w czasie doświadczenia doszło do superpozycji, a został w nią włączony niesporczak. Parametry układu z niesporczakiem zmieniały się zaś – twierdzą autorzy pracy – zgodnie z symulacjami, które wcześniej przeprowadzono.

W tytule swojej pracy badacze interpretują, że doszło do splątania kwantowego niesporczaka i kubitów.

ALE…

Prof. Jacek Szczytko z FUW jest nieco mniej optymistyczny w interpretacjach. Z publikacji wynika – w jego ocenie – że niesporczak, w którego skład wchodzi woda i różne białka – działał tak, jak dielektryk położony na złączach. “Niesporczak może i był pasażerem w tym eksperymencie i zmieniał częstotliwości rezonansowe w tym układzie, ale raczej nie powiedziałbym, że był w stanie splątanym” – analizuje opis doświadczenia prof. Szczytko.

W jego opinii przedstawiona w pracy symulacja zjawisk fizycznych, jakie miałyby zachodzić w niesporczaku podczas splątania, też pozostawia wiele do życzenia. “Cała skomplikowana biochemia tego zwierzęcia została w pracy sprowadzona do tego, że zwierzę składa się z wielu małych dipoli” – uważa fizyk. Tymczasem w jego ocenie, aby opisać splątanie kwantowe, układ musi być bardzo precyzyjnie zdefiniowany.

Fizyk z UW podsumowuje, że choć praca niekoniecznie jest przełomowa, jednak o tyle ciekawa, że skłania do wielu przemyśleń dotyczących życia, śmierci i fizyki kwantowej.

No bo czy schłodzony do niemal zera absolutnego niesporczak jest żywy czy nie? Jak się może przejawiać splątanie kwantowe w żywych organizmach? Co widziałby lub czuł niesporczak podczas tego eksperymentu – gdyby był zdolny do obserwacji? I czy jego obserwacje zmieniłyby wyniki eksperymentu?

PAP – Nauka w Polsce, Ludwika Tomala