Sciencemag.cz
Doporučujeme
Na Harvardu poprvé prokázali, že kvantová koherence dokáže přečkat i chemickou reakci, alespoň jde-li o ultrachladné molekuly.
Nejprve zkráceně to, co se praví v průvodní tiskové zprávě. Kuriózní může být pro nás už to, o jakou chemickou rovnici se jednalo. Konkrétně: o reakci molekul KRb (K izotop 40, Rb izotop 87), z nichž vznikly molekuly K2 a Rb2 (tedy: 2KRb → K2 + Rb2). Samozřejmě, kdo kdy z nás vůbec slyšel o existenci takových molekul.
Provázanou veličinou v počátečním stavu byly jaderné spiny molekul KRb. Toho se podařilo docílit manipulací spinů pomocí magnetických poli a nakonec autoři studie zkoumali výsledek pomocí specializovaných nástrojů. Závěr zní, že provázanost (koherence, entanglement) dokázala chemickou reakci přežít. (Podrobnosti z TZ: S využitím laserového chlazení a magnetické pasti se týmu podařilo ochladit molekuly na zlomek stupně nad absolutní nulu. V tomto ultrachladném prostředí o teplotě pouhých 500 nanokelvinů se molekuly zpomalují, což vědcům umožňuje izolovat, řídit a detekovat jednotlivé kvantové stavy se značnou přesností. Výsledky ukázaly, že kvantová koherence byla zachována v rámci jaderného spinového stupně volnosti po celou dobu reakce. Zachování koherence naznačuje, že molekuly produktů, K2 a Rb2, byly v zapleteném stavu a zdědily zapletenost od reaktantů. Navíc záměrným navozením dekoherence u reaktantů výzkumníci prokázali schopnost řídit distribuci produktů reakce.)
Průvodní tisková zpráva dále tvrdí: Tato zjištění poukazují na potenciál využití chemických reakcí pro budoucí aplikace v oblasti kvantové informatiky. Dále se dodává, že samozřejmě pro cokoliv praktického by efekt musel být realizovatelný i v méně extrémních (= méně extrémně chladných) prostředích.
Yi-Xiang Liu et al, Quantum interference in atom-exchange reactions, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adl6570. www.science.org/doi/10.1126/science.adl6570
Zdroj: Harvard University / Phys.org
Poznámka PH: A nyní tedy krajně opatrný komentář k tomuto, na základě dalších konzultací, ale samozřejmě chyby na mou hlavu. Pomiňme „chemickou“ zajímavost, že vůbec takové exotické molekuly existují. Dále pomiňme, že v kvantových počítačích se rovněž zrovna nepočítá s chemickými reakcemi, takže vazba výzkumu ke kvantové informatice také není alespoň na první pohled moc jasná.
Zajímavý je na tom samotný nápad, respektive (zřejmě) výsledné zjištění – ukázat, co konkrétně vlastně kvantová provázanost může vydržet. Ano, chemická reakce znamená změny v elektronových obalech, jádra se „jen přesunou“. Jistěže to není tak, že manipulací s provázaným stavem dojde nutně ke kolapsu, to by kvantové počítače vůbec nemohly fungovat. Ale ke kolapsu dochází v důsledku – „pozorování“; „měření“; „interakce s prostředím/šumu“. Chemickou reakci tyto vágní termíny nevylučují. (A zase lze dodávat, že jaderný spin a spiny elektronů na sobě nejsou nezávislé. Povedlo se tím tedy entanglement „ochránit“ za přísnějších podmínek, než kdybychom prostě jen provázanými rozhodně atomovými jádry posouvali sem a tam.)
Napred je treba si uvedomit, co to kvantovy stav a jeho kolaps. Kvantovy stav nepopisuje stav systemu, ale co o systemu vi pozorovatel. Kolaps pak vznika nikoliv tim, ze se system zmeri, ale tim, ze pozorovatel o systemu zjisti novou informaci – tim se zmeni to , co o systemu vi a tedy i stav systemu.
A nyni mejme kvantovy system uplne popsany dvema komutujicimi pozorovatelnymi a provazme uplne dva takove systemy. Pokud pak provedu mereni jedne pozorovatelne na jednom systemu, zmeni se jen ma znalost teto pozorovatelne a druha pozorovatelna zustane provazana, tedy ty systemy jsou stale provazany.
A to je to, o co jde v tom pokusu. Chemickou reakci se nezmeri stav jadernych spinu (aspon vetsinou), z vysledku reakce nic o spinu jader nezjistime, a proto ta jadra muzou byt provazana i po chemicke reakci.