𝐊𝐚𝐫𝐭𝐤𝐚 𝐳 𝐊𝐚𝐥𝐞𝐧𝐝𝐚𝐫𝐳𝐚
17 lutego – Dzień Kota /
17 February – Cat’s Day Read in English – National Cat Day
Fizyka toczy się … kotem, czyli felinologia kwantowa Cały czas nie ustajemy w wysiłkach, żeby zrozumieć i zdefiniować świat. Coraz lepiej nam to wychodzi, ale czy kiedykolwiek zrozumiemy… kota? O tajemniczym czworonożnym indywidualiście z naukowego punktu widzenia opowiada prof. dr hab. Jerzy Dajka z Instytutu Fizyki: Atomy i molekuły, malutkie jak wodór i duże jak fulereny, mogą w przyrodzie występować w formie superpozycji odróżnialnych stanów (na przykład stanów o określonych energiach) i dopiero przeprowadzony pomiar pozwala obserwatorowi z prawdopodobieństwem, które umiemy obliczyć, stwierdzić, z którym z elementów superpozycji ma do czynienia. Już w latach trzydziestych poprzedniego wieku Erwin Schrödinger, jeden z twórców mechaniki kwantowej i autor równania swojego imienia, wiedział doskonale, że każdy kot może być żywy lub martwy, zaś to, w którym aktualnie jest stanie (kot-żywy czy kot-martwy) można (choćby po zapachu) odróżnić. Schrödinger zadał zatem pozornie niewinne pytanie: czy kot (odtąd znany światu jako 𝗞𝗼𝘁 𝗦𝗰𝗵𝗿𝗼̈𝗱𝗶𝗻𝗴𝗲𝗿𝗮) – podobnie jak atomy lub molekuły, z których wszak jest zbudowany – mógłby być w superpozycji stanów kot-żywy i kot-martwy? Pytanie Schrödingera poruszyło lawinę i do dziś fizycy i filozofowie potrafią podać przynajmniej kilka nierównoważnych wyjaśnień, dlaczego w przyrodzie występują raczej koty-żywe lub koty-martwe, zaś wiek cały można przeżyć i nie spotykać kota-zombi lub kota-nosferatu (odróżnialnych choćby z racji odmiennych zwyczajów żywieniowych). Bardzo popularna jest opinia, że to dekoherencja, której przyczyną jest nieświadomy, choć czujny obserwator, jakim jest środowisko, odpowiada za preferowane przez naturę postaci kotów. Koty Schrödingera tymczasem na dobre zadomowiły się w fizyce. W optyce kwantowej kotami Schrödingera nazywa się superpozycje makroskopowo odróżnialnych stanów koherentnych światła. Tak przygotowane stany światła znakomicie nadają się na qubity i służą za „litery kwantowej informacji” w kwantowych obliczeniach i kwantowej komunikacji. Dużo, dużo później Yakir Aharonov, Sandu Popescu, Daniel Rohrlich oraz Paul Skrzypczyk zauważyli (𝘕𝘦𝘸 𝘑𝘰𝘶𝘳𝘯𝘢𝘭 𝘰𝘧 𝘗𝘩𝘺𝘴𝘪𝘤𝘴, 15 (2013) 113015), że w pewnych okolicznościach foton o określonej polaryzacji, mający do wyboru wyłącznie dwie drogi, będzie widziany na jednej z nich, zaś jego polaryzacja na drugiej. Jeśli foton to kot, a polaryzacja to uśmiech, każdy czytelnik „Alicji w Krainie Czarów” rozpoznaje, że oto na naukową scenę wkroczył kwantowy 𝗞𝗼𝘁 𝘇 𝗖𝗵𝗲𝘀𝗵𝗶𝗿𝗲. Na jednej z dwu dróg widziany jest kot bez uśmiechu (foton bez polaryzacji), zaś na drugiej uśmiech bez kota (polaryzacja bez fotonu). Efekt separacji przestrzennej polaryzacji i położenia fotonu nie czekał długo na potwierdzenie eksperymentalne. Kwantowy Kot z Cheshire i związane z nim pojęcia słabego pomiaru i słabych wartości obserwabli przyczyniły się do rozkwitu kwantowych rozumowań kontrfaktycznych („gdyby zaszło A, wówczas zaszłoby B”) trochę na przekór ortodoksyjnym fizykom wyznającym interpretację kopenhaską mechaniki kwantowej podaną przez Nielsa Bohra do wierzenia. Kwantowa komunikacja kontrfaktyczna [𝘕𝘢𝘵𝘶𝘳𝘦 𝘊𝘰𝘮𝘮𝘶𝘯𝘪𝘤𝘢𝘵𝘪𝘰𝘯𝘴, (2021) 12:4770 https://doi.org/10.1038/s41467-021-24933-9], gdy wymianie informacji nie towarzyszy (sic!) wymiana fizycznego (materialnego) nośnika informacji pomiędzy komunikującymi się stronami, jest jednym z kierunków, w które dziś zmierza fizyczny rydwan postępu przez dwa koty ciągniony.