Što ubija Schrödingerovu mačku: gravitacija nije kriva, a kvantna mehanika i dalje ne vraća pozive

Negdje između atoma i tebe postoji linija koju nitko nije vidio, a svi se prave da znaju gdje je. S jedne strane te linije, elektroni se ponašaju kao da su na dvije zabave istovremeno, što bi bilo simpatično da nije temelj cijele moderne tehnologije. S druge strane si ti, koji ne možeš biti na dvije zabave istovremeno ni kad ti žena kaže da možeš. Ta linija se zove dekoherencija — proces kojim kvantna čudnovatost umre i svijet se svede na dosadnu, ali pouzdanu svakodnevicu u kojoj lijeva noga ide ispred desne i struja ne prestaje teći bez razloga. I upravo je jedan podzemni eksperiment, zakopan duboko ispod zemlje gdje ga ne smeta ni kozmičko zračenje ni susjedi s bušilicom, upravo objavio da jedna od najdražih teorija fizičara o tome zašto dekoherencija uopće postoji — ne stoji.

Pedeset godina fizičari su se igrali s idejom da je gravitacija ta koja ubija kvantnu mačku. Logika je bila gotovo nostalgična: gravitacija je jedina sila koja se ne da ugurati u standardni model čestica, jedina koja se ponaša drugačije od ostalih, pa hajde da njoj pripišemo i ovaj trik — da čim čestica postane dovoljno masivna, gravitacija je prisili da "odabere" jedno stanje i prestane biti u superpoziciji. Zvuči uredno, zvuči romantično, zvuči kao teorija koju je netko smislio u kafiću na Institutu za fiziku nakon treće kave. I, kao i većina teorija smišljenih u kafiću nakon treće kave, ispada da nije istinita. Eksperiment koji je to pokazao nije bio mali. Bio je to podzemni detektor, izoliran od vanjskog svijeta koliko god to tehnologija dopušta, i mjerio je ponašanje sustava koji bi, po gravitacijskom modelu, trebali pokazati dekoherenciju tamo gdje je nema. Nisu je pokazali. Gravitacija nije kriva. Koji kurac, dakle, jest?

Ovo nije akademska sitnica. Ako ne razumiješ što ubija kvantnu superpoziciju, ne možeš izgraditi kvantno računalo koje radi dulje od sekunde. A kvantno računalo koje radi dulje od sekunde je, trenutno, jedina stvar koja stoji između nas i svijeta u kojem se problemi koje danas rješavamo godinama — poput optimizacije logistike, simulacije molekula, razbijanja kriptografije — rješavaju u nekoliko minuta. Zato IBM, Google, IonQ i desetak ambicioznih startupa troše milijarde na hlađenje uređaja do temperature niže od temperature svemira, samo da bi njihovi qubiti ostali koherentni nekoliko stotina mikrosekundi. To je kao da gradiš Formulu 1 koja se pokvari čim je pogledaš. I onda ti dođe netko i kaže: možda je problem u gravitaciji. Ako je problem u gravitaciji, možemo ga zaobići. Ako nije — moramo ponovno razumjeti što je uopće dekoherencija.

Fizičari su, dakle, ostali bez udobnog objašnjenja. Ostaju im ona neudobna: da je dekoherencija fundamentalna, ugrađena u same temelje kvantne mehanike kao što je ugrađena u temelje svemira, i da je nikad nećemo moći izbjeći — samo odgoditi. To je loša vijest za sve koji su obećali kvantno računalo do 2030. i dobru vijest za sve koji su znali da su ta obećanja bila pretjerana. Između ostalog, to znači da je kvantna mehanika i dalje — kako to fizičari vole reći — "nerazumljiva, ali točna". Točna do zadnje decimale, nerazumljiva do zadnjeg atoma. I to je ono što ljude izvan struke najviše nervira: znanost koja funkcionira, ali ne zna zašto funkcionira. Kao da vozite auto koji savršeno radi, ali ne znate gdje je volan. Samo što su ovdje u pitanju milijarde eura i desetljeća istraživanja.

Sad, ono što je zanimljivo u cijeloj priči nije samo fizika. Zanimljivo je koliko je lako prodati "rješenje" za problem koji nitko nije razumio. Kvantno računalstvo je postalo najveći magnet za maglu u tech industriji od vremena kad je blockchain trebao riješiti glad u svijetu. Svaka konferencija ima panel o kvantnoj prednosti, svaki VC ima tezu o kvantnom hardveru, svaki drugi startup ima pitch deck koji počinje s "kvantna superpozicija omogućuje..." i završava s "trebamo 200 milijuna dolara serije B". A temeljni problem — što uopće uzrokuje dekoherenciju — ostaje neriješen. To je kao da gradiš neboder, a ne znaš zašto gravitacija djeluje. Možeš ti to izvesti, ali svaki kat je kockanje. I onda se čudiš kad ti se 47. kat sruši u 3 ujutro, a nitko ne zna zašto.

Ono što eksperiment pokazuje je da je dekoherencija vjerojatno posljedica interakcije s okolinom — svaki foton koji udari u sustav, svaka molekula zraka koja ga dotakne, svako elektromagnetsko polje koje prođe kroz njega, sve to "mjeri" sustav i prisiljava ga da odabere jedno stanje. To je ono što je decoherence theory tvrdila od 1970-ih, i to je ono što eksperiment sada potvrđuje s većom preciznošću nego ikad. Ali to znači da je problem praktičan, a ne fundamentalan. A praktični problemi se rješavaju inženjeringom, ne teorijom. Što znači da je kvantno računalo moguće — samo je pitanje koliko će koštati izolacija sustava od okoline, i koliko će dugo ta izolacija trajati. Kvantni inženjeri to već znaju. Zato se utrkuju u hlađenju, u vakuumskim komorama, u magnetskim štitovima. Ne zato što razumiju zašto dekoherencija postoji, nego zato što znaju kako je odgoditi.

I tu dolazimo do najzanimljivijeg dijela. Ako je dekoherencija posljedica interakcije s okolinom, onda je svemir u kojem živimo — svemir u kojem mačke nisu istovremeno mrtve i žive — posljedica činjenice da je svemir pun sranja. Fotona, molekula, zračenja, svega što neprestano udara u sve ostalo. Kvantna čudnovatost ne umire zato što je netko gleda. Umire zato što je netko kihnuo u susjednoj sobi. To je manje romantično od Schrödingerove mačke, ali je istinitije. I, iskreno, više u skladu s ljudskim iskustvom: sve lijepo i čudnovato u životu umire od sitnih, dosadnih, svakodnevnih smetnji. Ne od velikih drama. Od buke. Od prašine. Od toga da netko otvori prozor.

Za kvantno računalstvo to znači jednu stvar: utrka nije protiv gravitacije, nego protiv svemira. A svemir je velik, neumoljiv i ne pristaje na pregovore. Možeš izolirati svoj sustav koliko hoćeš, ali na kraju će ga nešto dotaknuti. Pitanje je samo koliko dugo možeš odgađati neizbježno. To je, u suštini, definicija svake tehnologije. I definicija svakog života. Schrödingerova mačka je mrtva. Nije je ubila gravitacija. Ubila ju je soba u kojoj je bila. Kao i sve nas.

Izvor: phys.org