Η κβαντική φυσική μοιάζει ήδη με γρίφο… και πλέον έγινε κυριολεκτικά. Μια ομάδα μαθηματικών από το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Μπόλντερ δημιούργησε μια κβαντική εκδοχή του Κύβου του Ρούμπικ, με άπειρες δυνατές καταστάσεις και κινήσεις που αψηφούν τη λογική της καθημερινότητας.
Τι είναι ένας κβαντικός Κύβος του Ρούμπικ;
Ο κλασικός Κύβος του Ρούμπικ είναι ένα παζλ μεταθέσεων – ένας γρίφος που βασίζεται στην αναδιάταξη χρωμάτων μέσα από συγκεκριμένες επιτρεπτές κινήσεις. Αν και έχει περίπου 43 τετράκις εκατομμύρια δυνατούς συνδυασμούς, το ζητούμενο είναι πάντα ίδιο: έξι μονόχρωμες πλευρές.
Ο κβαντικός κύβος, όμως, εκτοξεύει τον αριθμό των δυνατών καταστάσεων στο άπειρο. Κι αυτό γιατί τα κομμάτια του μπορούν να βρεθούν σε κβαντική υπέρθεση – να είναι δηλαδή και μετακινημένα και αμετάβλητα ταυτόχρονα.
Ένα απλό πείραμα: 2×2 παζλ με υπέρθεση
Οι ερευνητές ξεκίνησαν με μια απλούστερη εκδοχή: ένα δισδιάστατο παζλ 2×2 με δύο πράσινα και δύο μπλε τετράγωνα. Ο στόχος ήταν να τοποθετηθούν τα πράσινα πάνω από τα μπλε. Στην κλασική του μορφή, το παζλ αυτό έχει μόνο έξι πιθανούς συνδυασμούς.
Όταν όμως τα τετράγωνα αντιμετωπίζονται ως «κβαντικά σωματίδια» – ταυτόσημα μεταξύ τους και δυνητικά εμπλεγμένα – τότε προκύπτουν απεριόριστες καταστάσεις.
Ποιος λύνει το παζλ καλύτερα;
Οι επιστήμονες έβαλαν τρεις ειδών «παίκτες» να λύσουν το παζλ 2.000 φορές:
- Ο κλασικός λύτης, που μπορούσε μόνο να ανταλλάξει διπλανά τετράγωνα.
- Ο κβαντικός λύτης, που μπορούσε να θέσει δύο τετράγωνα σε υπέρθεση.
- Ο μεικτός λύτης, που μπορούσε να κάνει και τα δύο.
Τα αποτελέσματα:
- Ο μεικτός λύτης ήταν ταχύτερος, με μέσο όρο 4,77 κινήσεις.
- Ο κβαντικός λύτης ακολούθησε με 5,32 κινήσεις.
- Ο κλασικός λύτης χρειάστηκε 5,88 κινήσεις κατά μέσο όρο.
Αν και ο κλασικός λύτης μπορούσε μερικές φορές να πετύχει λύσεις σε λιγότερες από πέντε κινήσεις, έχανε πολύ χρόνο σε πιο περίπλοκες περιπτώσεις. Ο κβαντικός λύτης, από την άλλη, σπάνια ξεπερνούσε τις οκτώ κινήσεις.
Ποια είναι η πραγματική πρόκληση;
Η μεγαλύτερη δυσκολία έγκειται στο ότι η λύση επιβεβαιώνεται από έναν «διαιτητή» μέσω μέτρησης. Όπως στο πείραμα με τη γάτα του Σρέντινγκερ, η υπέρθεση καταρρέει τυχαία σε μία από τις πιθανές καταστάσεις – με την ελπίδα ότι θα είναι η σωστή. Αν όχι, το παζλ ανακατεύεται και ξεκινούν από την αρχή.
Επόμενο βήμα: Κβαντικά παζλ σε τρεις διαστάσεις
Η ομάδα προχώρησε σε δημιουργία ενός 3D παζλ 2×2×1, επίσης με άπειρες δυνατότητες. Θεωρητικά, τέτοια παζλ θα μπορούσαν να υλοποιηθούν στο μέλλον με υπερψυχρά άτομα σε οπτικά πλέγματα, αλλά προς το παρόν παραμένουν συναρπαστικά νοητικά πειράματα.
Η μελέτη έχει γίνει δεκτή για δημοσίευση στο Physical Review A και είναι διαθέσιμη στο arXiv. Το κβαντικό παζλ, όπως όλα δείχνουν, δεν είναι απλώς ένα παιχνίδι – είναι μια νέα μαθηματική και φυσική πρόκληση.
VIA: FoxReport.gr
