گربه کوانتومی زنده شد: ساخت کوچک‌ترین ویدئوی گربه جهان با فقط ۲۰۲۴ اتم

فیزیکدانان نشان داده‌اند که می‌توانند اتم‌ها را با دقت بسیار بالا، هم در دو بعد و هم در سه بعد حرکت دهند. آن‌ها برای نمایش این توانایی، کوچک‌ترین ویدئوی گربه جهان را ساختند: فیلمی متشکل از ۲۰۲۴ اتم روبیدیوم که آزمایش فکری مشهور گربه کوانتومی ارائه‌شده توسط اروین شرودینگر را نشان می‌دهد.

به‌گزارش آی‌اف‌ال ساینس، در روش جدید از الگوریتم یادگیری ماشین و تله‌های نوری استفاده می‌شود که قادرند هزاران اتم را در تنها ۶۰ میلی‌ثانیه بازچینی کنند. فیلم منتشر شده حدود ۳۳ برابر کند شده است تا حرکت اتم‌ها بهتر دیده شود.

گربه کوانتومی شاید مشهورترین آزمایش فکری در مکانیک کوانتومی باشد که تلاش می‌کند جهان بزرگ و قابل لمس ما را با جهان کوانتومی پیوند دهد. فرض کنید یک شیشه سم درون جعبه‌ای قرار دارد که توسط فرآیند کوانتومی خاصی مانند واپاشی هسته‌ای فعال می‌شود. این فرآیند دارای احتمال وقوع مشخصی در زمان معین است.

حالا گربه فرضی ما را در جعبه با سم و فرآیند کوانتومی می‌گذاریم. فرآیند کوانتومی در حالتی قرار دارد که هم رخ داده و هم رخ نداده است تا وقتی که سرانجام مشاهده شود. بنابراین سم هم آزاد شده و هم نشده و گربه هم زنده و هم مرده است.

در این ویدئو، اتم‌ها طوری قرار گرفته‌اند که لحظه‌های مهم آزمایش فکری را شکل دهند. ۲۰۲۴ اتم روبیدیوم توسط تله‌های نوری جابجا می‌شوند. این تله‌ها پرتوهای لیزری متمرکزی هستند که می‌توانند ذرات کوچک را بدون تماس فیزیکی جابجا کنند.

تله‌های نوری کاربردهای متنوعی دارند، اما پژوهشگران در این پژوهش نشان دادند که می‌توانند تعداد زیادی اتم را به سرعت و با دقت بالا حرکت دهند. آن‌ها از الگوریتم یادگیری ماشین استفاده کردند تا آرایه‌های اتمی را در دو بعد و سه بعد بسازند. این بازچینی تنها ۶۰ میلی‌ثانیه طول می‌کشد. نویسندگان مقاله می‌نویسند: «این روش می‌تواند به راحتی برای تولید آرایه‌های بدون نقص از ده‌ها هزار اتم استفاده شود و به جعبه ابزار مفیدی برای اصلاح خطای کوانتومی تبدیل شود.»

اصلاح خطای کوانتومی یکی از ابزارهای مهم در محاسبات کوانتومی است. در رایانه‌های کوانتومی، اطلاعات بسیار حساس هستند و به راحتی ممکن است دچار خطا شوند. اصلاح خطای کوانتومی به روش‌ها و الگوریتم‌هایی گفته می‌شود که این خطاها را شناسایی و اصلاح می‌کنند تا محاسبات به درستی انجام شوند.

نتایج پژوهش در ژونال Physical Review Letters منتشر شده است.