Det kan være en måte å snike en topp på Schrödingers katt - det berømte kattebaserte tankeeksperimentet som beskriver den mystiske oppførselen til subatomære partikler - uten å drepe det (hypotetiske) dyret permanent.
Den uheldige, imaginære katten er samtidig levende og død inne i en boks, eller eksisterer i en superposisjon av "døde" og "levende" tilstander, akkurat som subatomære partikler eksisterer i en superposisjon av mange stater på en gang. Men å se inne i boksen endrer kattens tilstand, som da blir enten levende eller død.
Nå beskriver imidlertid en studie publisert 1. oktober i New Journal of Physics en måte å potensielt kikke på katten uten å tvinge den til å leve eller dø. Dermed fremmer det forskernes forståelse av et av de mest grunnleggende paradokser i fysikk.
I vår vanlige storskala verden ser det ikke ut til å se på et objekt endre det. Men zoom inn nok, og det er ikke tilfelle.
"Vi tror normalt at prisen vi betaler for å se ikke er noe," sa studielederforfatter Holger F. Hofmann, førsteamanuensis i fysikk ved Hiroshima University i Japan. "Det er ikke riktig. For å se, må du ha lys, og lys endrer objektet." Det er fordi selv en enkelt foton av lys overfører energi bort fra eller til objektet du ser på.
Hofmann og Kartik Patekar, som var en besøkende grunnleggende student ved Hiroshima University på den tiden og nå er ved Indian Institute of Technology Bombay, lurte på om det var en måte å se på uten å "betale prisen." De landet på et matematisk rammeverk som skiller den innledende interaksjonen (ser på katten) fra avlesningen (vet om den er levende eller død).
"Vår viktigste motivasjon var å se veldig nøye på hvordan en kvantemåling skjer," sa Hofmann. "Og hovedpoenget er at vi skiller målingen i to trinn."
Ved å gjøre det, kan Hoffman og Patekar anta at alle fotonene som er involvert i den innledende interaksjonen, eller kikk på katten, blir fanget uten å miste informasjon om kattens tilstand. Så før avlesningen, er alt fremdeles å vite om kattens tilstand (og om og hvordan å se på den forandret den) fremdeles tilgjengelig. Det er først når vi leser informasjonen at vi mister noe av den.
"Det interessante er at leseprosessen velger en av de to typene informasjon og sletter den andre fullstendig," sa Hofmann.
Slik beskrev de arbeidet sitt i form av Schrödingers katt. Si at katten fortsatt er i boksen, men heller enn å se innvendig for å avgjøre om katten er i live eller død, setter du opp et kamera utenfor boksen som på en eller annen måte kan ta et bilde inni den (av hensyn til tankeeksperimentet, se bort fra at fysiske kameraer ikke fungerer sånn). Når bildet er tatt, har kameraet to slags informasjon: hvordan katten endret seg som et resultat av at bildet ble tatt (hva forskerne kaller et kvantemerke) og om katten er i live eller død etter samspillet. Ingen av disse opplysningene er tapt ennå. Og avhengig av hvordan du velger å "utvikle" bildet, henter du den ene eller den andre informasjonen.
Tenk på en myntflip, sa Hofmann til Live Science. Du kan velge å vite om en mynt ble vendt eller om det for øyeblikket er hoder eller haler. Men du kan ikke vite begge deler. Hvis du vet hvordan et kvantesystem ble endret, og hvis denne endringen er reversibel, er det mulig å gjenopprette dens opprinnelige tilstand. (Når det gjelder mynten, vil du snu den tilbake.)
"Du må alltid forstyrre systemet først, men noen ganger kan du angre det," sa Hofmann. Når det gjelder katten, ville det bety å ta et bilde, men i stedet for å utvikle den til å se katten tydelig, utvikle den på en slik måte at den gjenoppretter katten til sin død-og-levende limbo-tilstand.
Avgjørende kommer valget av avlesning med en avveining mellom målingens oppløsning og forstyrrelsen, som er nøyaktig like, viser papiret. Oppløsningen viser til hvor mye informasjon som er hentet ut fra kvantesystemet, og forstyrrelsen refererer til hvor mye systemet er irreversibelt endret. Med andre ord, jo mer du vet om kattens nåværende tilstand, jo mer har du irretrievably endret den.
"Det jeg fant overraskende, er at muligheten til å angre forstyrrelsen er direkte relatert til hvor mye informasjon du får om den observerbare," eller den fysiske mengden de måler, sa Hofmann. "Matematikken er ganske nøyaktig her."
Selv om tidligere arbeid har pekt på en avveining mellom oppløsning og forstyrrelse i en kvantemåling, er denne artikkelen den første til å kvantifisere det eksakte forholdet, fortalte Michael Hall, en teoretisk fysiker ved Australian National University, til Live Science i en e-post.
"Så vidt jeg vet, har ingen tidligere resultater form av en eksakt likhet knyttet til løsning og forstyrrelse," sa Hall, som ikke var involvert i studien. "Dette gjør tilnærmingen i papiret veldig fin."
