Ce mai face pisica lui Schrödinger? (Starea de pisică)

În mecanica cuantică, starea de pisică, numită după pisica lui Schrödinger, se referă la o stare cuantică compusă dintr-o suprapunere a altor două stări cu aspecte flagrant contradictorii. Generalizând experimentul de gândire al lui Schrödinger, orice altă suprapunere cuantică a două stări distincte macroscopic este denumită și stare de pisică. O stare de pisică poate fi de unul sau mai multe moduri sau particule, prin urmare nu este neapărat o stare inseparată. Astfel de stări de pisică au fost realizate experimental în diferite moduri și la diferite scări.

Adesea, această suprapunere este descrisă ca sistemul fiind în ambele stări în același timp, cum ar fi posibilitățile ca o pisică să fie vie și moartă în același timp. Această descriere, oricât de populară, nu este corectă, deoarece unele rezultate experimentale depind de interferența stărilor suprapuse. De exemplu, în binecunoscutul experiment cu dublă fantă, stările suprapuse dau franjuri de interferență, în timp ce, dacă particula ar fi trecut prin ambele deschideri, s-ar obține simpla însumare a rezultatelor cu o singură gaură.

Stări de pisică peste particule distincte

Concret, o stare de pisică se poate referi la posibilitatea ca mai mulți atomi să fie într-o suprapunere a tuturor spinilor în sus și a tuturor spinilor în jos, cunoscută sub numele de stare Greenberger-Horne-Zeilinger (starea GHZ), care este foarte inseparată. Deoarece stările GHZ sunt relativ dificil de produs, dar ușor de verificat, acestea sunt adesea folosite ca etalon pentru diferite platforme. O astfel de stare pentru șase atomi a fost realizată de o echipă condusă de David Wineland la NIST în 2005, iar cele mai mari atări au crescut de atunci până la peste 20.

Optic, starea GHZ poate fi realizată cu mai mulți fotoni diferiți într-o suprapunere a tuturor polarizați vertical și tuturor polarizați orizontal. Acestea au fost realizate experimental de o echipă condusă de Pan Jianwei de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China, de exemplu, încrucișarea cu patru fotoni, încurcare cu cinci fotoni, încurcare cu șase fotoni, opt- încâlcerea fotonilor și starea pisicii cu cinci fotoni și zece qubiți.

Această formulare de spin sus/jos a fost propusă de David Bohm, care a conceput spinul ca un observabil într-o versiune a experimentelor gândite formulată în paradoxul EPR din 1935.

Stări de pisică în moduri unice

(Distribuția de cvasi-probabilitate Wigner a unei stări impare de pisică de α = 2,5)

În optica cuantică, o stare de pisică este definită ca suprapunerea cuantică a două stări coerente în faze opuse ale unui singur mod optic (de exemplu, o suprapunere cuantică a câmpului electric pozitiv mare și a câmpului electric negativ mare):

|cat_e⟩ ∝ |α⟩ + |−α⟩ ,

unde

|α⟩ = e^{− ½|α|2}∑_n=0^∞ αⁿ/√n! |n⟩

și

|−α⟩ = e^{− ½|α|2}∑_n=0^∞ (-α)ⁿ/√n! |n⟩

sunt stări coerente definite în baza numărului (Fock). Observați că dacă adunăm cele două stări împreună, starea de pisică rezultată conține doar termenii de stare Fock:

|cat_e⟩ ∝ e^{− ½|α|2} (α₀/√0!|0⟩ + α₂/√2!|2⟩ + α₄/√4!|4⟩ + … ).

Ca rezultat al acestei proprietăți, starea pisicii de mai sus este adesea denumită stare pară a pisicii. Alternativ, putem defini o stare de pisică impară ca

|cat_o⟩ ∝ |α⟩ − |−α⟩,

care conține doar stări impare Fock:

|cat_o⟩ ∝ e^{− ½|α|2} (α₁/√1!|1⟩ + α₃/√3!|3⟩ + α₅/√5!|5⟩ + … ).

Stările coerente pare și impare au fost introduse pentru prima dată de Dodonov, Malkin și Man’ko în 1974.

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)