Il gatto più famoso della scienza è il gatto di Schrödinger, il mammifero quantistico meccanico, che può esistere in una sovrapposizione, uno stato che è vivo e morto. Nel momento in cui lo guardi, viene scelta una di entrambe le opzioni. I fisici dell'Università di Leiden hanno simulato un esperimento per cogliere in flagrante questo misterioso momento di scelta.

Nella meccanica quantistica, la fisica dei più piccoli frammenti di materia, questo momento della scelta è chiamato il crollo dell'onda. Nel diario Stato Fisico Solidi B , Tom van der Reep, Tjerk Oosterkamp e altri fisici dell'Università di Leiden e dell'Università di Ginevra descrivono come sperano di cogliere questo momento misterioso usando una configurazione quantomeccanica usando fotoni di microonde nei ruoli del gatto vivo e morto.

"Le sovrapposizioni sono abbastanza comuni nella meccanica quantistica, "dice Oosterkamp, 'ma nel mondo macroscopico in cui viviamo, non li vedi mai." Un gatto o è vivo o è morto, non entrambi. Secondo l'interpretazione ampiamente accettata di Copenaghen della meccanica quantistica, questo perché la sovrapposizione scompare non appena si effettua una misura sul fotone (o sul gatto).

Collasso della funzione d'onda

Oosterkamp aggiunge:"Ma da nessuna parte in questa interpretazione di Copenaghen, viene spiegato come funzionerebbe. Che cos'è esattamente "una misura"? Qualsiasi apparato di misura sarà costituito da atomi che obbediscono alle leggi della meccanica quantistica, quindi cosa distingue il processo di misurazione? È la dimensione dell'apparecchio di misurazione? La sua massa? Qualcos'altro? Nessuno sa. Ci sono anche interpretazioni in cui una misurazione avviene solo quando è fatta da un osservatore cosciente, o in cui l'Universo si dividerebbe in diverse varianti.

I fisici di Leida hanno deciso di aprire la caccia al collasso dalla prospettiva di un amplificatore il più semplice possibile. Stanno iniziando con i fotoni delle microonde, una forma di luce, in sovrapposizione. Nella loro configurazione, i fotoni prendono una rotta A e una rotta B.

Questa sovrapposizione può essere rilevata fondendo nuovamente i percorsi A e B. Le particelle interferiranno con se stesse, il che significa che verranno rilevati solo in una delle due direzioni di uscita. Quando non c'è sovrapposizione, e quindi nessuna interferenza, le particelle usciranno in entrambe le direzioni. Finora, questa è la tariffa standard della meccanica quantistica, dimostrato in molti esperimenti.

Basse temperature

Il passaggio successivo consiste nell'introdurre una misurazione. "In ogni misurazione in un sistema quantomeccanico, c'è un elemento di amplificazione, "dice Oosterkamp, 'dal momento che stai traducendo un segnale piccolo in uno più grande. Quindi forse questo passo di amplificazione costituisce la causa del collasso della funzione d'onda".

Quindi i fisici posizionano un cosiddetto amplificatore parametrico nei percorsi A e B della loro configurazione. Questo è un tipo di amplificatore che può essere descritto bene dalla meccanica quantistica, che si basa su un gran numero di giunzioni Josephson superconduttrici.

Per questo, è necessaria una temperatura ultra-fredda di 50 millikelvin, un ventesimo di grado Celsius sopra lo zero assoluto temperatura di -273, 15 gradi Celsius. Temperature così basse sono necessarie anche per garantire che la scomparsa dell'interferenza non sia causata solo dal calore nell'impianto.

Con le mani in rosso

L'idea è di aumentare lentamente l'amplificazione, e vedere cosa succede all'interferenza. Nel loro articolo, i fisici descrivono come il collasso della funzione d'onda provocherebbe una 'diminuzione misurabile' dell'interferenza. Quindi la messa a punto è un modo per cogliere in flagrante il crollo.

"Se ci riusciamo, sarebbe fantastico, " dice Oosterkamp. "Certo, quindi vorrai modificare i parametri per vedere quali cambiamenti influenzeranno il momento del collasso. Ma in questo pezzo, dimostriamo che si può fare".

Computer quantistici

Il documento era un esercizio di calcolo, la configurazione è ora in fase di costruzione. Il gruppo di Oosterkamp ha le macchine di raffreddamento giuste per eseguire gli esperimenti, ma sarà un lavoro infernale sviluppare gli amplificatori parametrici necessari che abbinino un'elevata amplificazione con una produzione di calore molto bassa.

L'esperimento è una collaborazione con il collega Alessandro Bruno, che ha fondato la società QuantWare, che produce questi amplificatori per i futuri computer quantistici. "Auspicabilmente, i test dimostreranno che gli amplificatori rimangono abbastanza freddi, " dice Oosterkamp. "Allora, possiamo davvero sperare di realizzare questi esperimenti".